NOTAS DE AULA DA
DISCIPLINA
PAVIMENTAÇÃO
TRN 032
Versão: 06.2
AUTOR:
Prof.
GERALDO LUCIANO DE OLIVEIRA MARQUES
FACULDADE DE ENGENHARIA
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
CAMPUS UNIVERSITÁRIO – CEP 36036-330
CP 422 – JUIZ DE FORA – MG
e-mail: [email protected]
Universidade Federal de Juiz de Fora
Faculdade de Engenharia – Departamento de Transportes e Geotecnia
TRN 032 - Pavimentação – Prof. Geraldo Luciano de Oliveira Marques
SUMÁRIO
Capítulo 1 - O PAVIMENTO RODOVIÁRIO
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1.1 - Funções do pavimento
1.2 - Aspectos funcionais do pavimento
1.3 - Classificação dos pavimentos
1.3.1- Pavimentos flexíveis:
1.3.2 - Pavimentos rígidos:
1.3.3 - Pavimentos semi-rígidos (semi-flexíveis):
1.4 - Nomenclatura da seção transversal
1.4.1 - Sub-leito:
1.4.2 - Leito:
1.4.3 - Regularização do sub-leito (nivelamento):
1.4.4 - Reforço do sub-leito:
1.4.5 - Sub-base:
1.4.6 - Base:
1.4.7 - Revestimento:
1.4.8 - Acostamento:
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Capítulo 2 - PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO
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2.1 - Estudos geotécnicos
2.1.1- Reconhecimento do subleito
2.1.2 - Estudo das ocorrências de materiais para pavimentação
2.2 – Dimensionamento do Pavimento
2.2.1 – As cargas rodoviárias
2.2.2 – Dimensionamento de pavimentos flexíveis (método do
DNIT)
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Capítulo 3 - BASES E SUB-BASES FLEXÍVEIS
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3.1 - Terminologia das bases
3.2 - Construção das camadas do pavimento
3.2.1 – Operações preliminares
3.2.2 - Operação de construção de sub-bases e bases
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Capítulo 4 - ESTABILIZAÇÃO DOS SOLOS PARA FINS DE
PAVIMENTAÇÃO
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4.1 - Conceito de estabilização para rodovias e aeroportos
4.2 - Objetivo
4.3 - Importância
4.4 - Estudos e análises
4.5 - Métodos de estabilização
4.6 - Estabilização solo-cimento
4.6.1 - Tipos de misturas de solos tratados com cimento
4.6.2 - Mecanismos de reação da mistura solo-cimento
4.6.3 - Fatores que influenciam na estabilização solo-cimento
4.6.4 - A dosagem do solo-cimento
4.6.5 - A nova norma de dosagem solo-cimento (NBR 12253)
4.6.6 - Execução na pista (Senço, 1972)
4.6.7 - Operações básicas para solo-cimento in-situ
4.7 - Estabilização solo-cal:
4.7.1 - A mistura solo-cal
4.7.2 - Mecanismos de reação da mistura solo-cal
4.7.3 - Fatores que influenciam no processo de estabilização dos
solos com cal
4.7.4 - Tipos de estabilização com cal
4.8 - Estabilização solo-betume
4.8.1 - Tipos de misturas
4.8.2 - Principais funções do betume
4.8.3 - Teor de betume
4.8.4 - Métodos de dosagem
4.9 – Estabilização granulométrica
4.9.1 - Métodos de misturas
4.9.2 - Método analítico
4.9.3 - Método das tentativas
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Capítulo 5 - AGREGADOS PARA PAVIMENTAÇÃO
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5.1 - Produção de agregados
5.2 - Operação na pedreira
5.3 - Amostragem de agregados
5.4 - Propriedades químicas e mineralógicas dos agregados
5.4.1 - Propriedades químicas de agregados
5.4.2 - Propriedades mineralógicas
5.5 - Propriedades físicas dos agregados
5.5.1 - Tenacidade, resistência abrasiva e dureza
5.5.2 - Durabilidade e sanidade
5.5.3 - Forma da partícula e textura superficial
5.5.4 - Limpeza e materiais deletérios
5.5.5 - Afinidade ao asfalto
5.5.6 - Porosidade e absorção
5.5.7 - Características expansivas
5.5.8 - Polimento e características de atrito
5.5.9 - Densidade específica / massa específica
5.5.10 - Análise granulométrica
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Capítulo 6 - MATERIAIS ASFÁLTICOS
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6.1 - Definições
6.2 - Classificação quanto à aplicação
6.3 – Classificação quanto à origem
6.4 – Asfaltos para Pavimentação
6.4.1 - Cimento Asfáltico do Petróleo (CAP)
6.4.2 - Asfaltos Diluídos
6.4.3 - Emulsões Asfálticas
6.4.4 - Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros)
6.5 - Asfaltos Industriais
6.6 - Principais funções do asfalto na pavimentação
6.7 – Serviços de imprimação / pintura de ligação
6.7.1 - Imprimação
6.7.2 - Pintura de ligação
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Capítulo 7 - ENSAIOS EM MATERIAIS ASFÁLTICOS
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7.1 - Ensaios em Cimentos Asfálticos do Petróleo (CAP)
7.1.1 - Determinação de água
7.1.2 - Determinação do teor de betume em CAP
7.1.3 - Determinação da Consistência de materiais asfálticos
7.1.4 - Determinação da Ductilidade de materiais asfálticos
7.1.5 - Ensaio da mancha (ensaio Oliensis ou Spot Test)
7.1.6 - Determinação do Ponto de Fulgor
7.2 - Ensaios em Asfaltos Diluídos e Emulsões
7.2.1 - Determinação da destilação de asfaltos diluídos
7.2.2 - Ensaio de Flutuação
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Capítulo 8 - REVESTIMENTOS
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8.1 - Principais funções
8.2 - Terminologia dos revestimentos
8.2.1 - Concreto de cimento
8.2.2 - Macadame cimentado
8.2.3 - Paralelepípedos rejuntados com cimento
8.2.4 - Em solo estabilizado
8.2.5 - Revestimento de alvenaria poliédrica / paralelepípedos
8.2.6 - Blocos de concreto pré-moldados e articulados
8.2.7 - Macadame betuminoso
8.2.8 - Tratamentos superficiais
8.2.9 - Concreto asfáltico (CBUQ)
8.2.10 - Pré-misturado à quente (PMQ)
8.2.11 - Areia asfalto à quente
8.2.12 - Camada porosa de atrito (CPA)
8.2.13 - Stone matrix asphalt (SMA)
8.2.14 - Pré-misturado a frio
8.2.15 - Areia asfalto a frio
8.2.16 - Lama asfáltica
8.2.17 - Misturas graduadas
8.2.18 - Areia asfalto no leito
8.3 - Revestimentos flexíveis por penetração
8.3.1 - Tratamento superficial simples
8.3.2 - Tratamento superficial duplo
8.3.3 - Tratamento superficial triplo
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8.3.4 - Macadame betuminoso por penetração direta.
8.4 - Revestimentos flexíveis por mistura
8.4.1 - Concreto Asfáltico (Concreto Betuminoso Usinado a
Quente-CBUQ)
8.4.2 - Pré-Misturado a Quente (PMQ)
8.4.3 - Argamassas asfálticas
8.4.4 - Pré-Misturado a Frio (PMF)
8.4.5 - Areia-asfalto a frio
8.4.6 - Lama-asfáltica (não é revestimento)
8.4.7 - Misturas graduadas
8.4.8 - Areia-asfalto no leito
8.5 - Revestimentos flexíveis em solo estabilizado (revestimento
primário)
8.6 - Revestimentos de alvenaria poliédrica / paralelepípedos
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Capítulo 9 - CONCRETO ASFÁLTICO
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9.1 - Equipamentos utilizados
9.2 - Distribuição e compressão da mistura
9.3 - Controles
9.4 - Propriedades básicas
9.5 - Constituição da mistura
9.6- Parâmetros de interesse
9.7 - Dosagem do concreto asfáltico
9.8 - O Ensaio Marshall para misturas asfálticas
9.9 - Controle do teor ótimo de ligante e granulometria
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Capítulo 10 - A DEFORMABILIDADE EM MISTURAS ASFÁLTICAS
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10.1 – Introdução
10.2 - O comportamento dinâmico de misturas asfálticas
10.3 - O Ensaio de tração diametral indireta
10.4 - O Conceito de Módulo de Resiliência de Misturas Asfálticas
10.5 - O Conceito de Módulo de Resiliência de Solos
10.6 - O equipamento para determinação do Módulo de Resiliência
de Misturas Asfálticas
10.7 - O equipamento para determinação do MR de Solos
10.8 - Referências Bibliográficas
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Capítulo 1
O PAVIMENTO RODOVIÁRIO
Em obras de engenharia civil como construções de rodovias, aeroportos, ruas, etc, a
superestrutura é constituída por um sistema de camadas de espessuras finitas,
assente sobre o terreno de fundação, considerado como semi-espaço infinito e
designado como sub-leito (SENÇO, 1997).
Segundo SANTANA (1993), Pavimento é uma estrutura construída sobre a superfície
obtida pelos serviços de terraplanagem com a função principal de fornecer ao usuário
segurança e conforto, que devem ser conseguidos sob o ponto de vista da engenharia,
isto é, com a máxima qualidade e o mínimo custo.
Para SOUZA (1980), Pavimento é uma estrutura construída após a terraplanagem por
meio de camadas de vários materiais de diferentes características de resistência e
deformabilidade. Esta estrutura assim constituída apresenta um elevado grau de
complexidade no que se refere ao cálculo das tensões e deformações.
1.1 - Funções do pavimento
Segundo a NBR-7207/82 da ABNT tem-se a seguinte definição:
"O pavimento é uma estrutura construída após terraplenagem e destinada, econômica
e simultaneamente, em seu conjunto, a:
a) Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais produzidos pelo tráfego;
b) Melhorar as condições de rolamento quanto à comodidade e segurança;
c) Resistir aos esforços horizontais que nela atuam, tornando mais durável a
superfície de rolamento."
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1.2 - Aspectos funcionais do pavimento
Quando o pavimento é solicitado por uma carga de veículo Q, que se desloca com
uma velocidade V, recebe uma tensão vertical σ o (de compressão) e uma tensão
horizontal τ o (de cisalhamento), conforme figura 01 (SANTANA, 1993).
A variadas camadas componentes da estrutura do pavimento também terão a função
de diluir a tensão vertical aplicada na superfície, de tal forma que o sub -leito receba
uma parcela bem menor desta tensão superficial (p1).
A tensão horizontal aplicada na superfície exige que esta tenha uma coesão mínima.
Figura 01 - Cargas no Pavimento (SANTANA, 1993)
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1.3 - Classificação dos pavimentos
Essencialmente pode-se classificar a estrutura de um pavimento em:
1.3.1- Pavimentos flexíveis:
São aqueles constituídos por camadas que não trabalham à tração. Normalmente são
constituídos de revestimento betuminoso delgado sobre camadas puramente
granulares. A capacidade de suporte é função das características de distribuição de
cargas por um sistema de camadas superpostas, onde as de melhor qualidade
encontram-se mais próximas da carga aplicada. Um exemplo de uma seção típica
pode ser visto na figura 02, a seguir.
No dimensionamento tradicional são consideradas as características geotécnicas dos
materiais a serem usados, e a definição da espessura das várias camadas depende
do valor da CBR e do mínimo de solicitação de um eixo padrão(8,2 ton.).
Figura 02 - Seção Transversal Típica de Pavimento Flexível
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1.3.2 - Pavimentos rígidos:
São constituídos por camadas que trabalham essencialmente à tração. Seu
dimensionamento é baseado nas propriedades resistentes de placas de concreto de
cimento Portland, as quais são apoiadas em uma camada de transição, a sub-base.
A determinação da espessura é conseguida a partir da resistência à tração do
concreto e são feitas considerações em relação à fadiga, coeficiente de reação do
sub-leito e cargas aplicadas. São pouco deformáveis com uma vida útil maior. O
dimensionamento do pavimento flexível é comandado pela resistência do sub-leito e
do pavimento rígido pela resistência do próprio pavimento. Seção característica pode
ser visto na figura 03.
Figura 03 - Seção Transversal Típica de Pavimento Rígido
1.3.3 - Pavimentos semi-rígidos (semi-flexíveis):
Situação intermediária entre os pavimentos rígidos e flexíveis. É o caso das misturas
solo-cimento, solo -cal, solo-betume dentre outras, que apresentam razoável
resistência à tração.
Para (MEDINA,
pavimentos:
1997),
consideram-se
tradicionalmente
duas
categorias
de
- Pavimento flexível: constituído por um revestimento betuminoso sobre uma base
granular ou de solo estabilizado granulometricamente.
- Pavimento rígido: construído por placas de concreto (raramente é armado) assentes
sobre o solo de fundação ou Sub-base intermediária.
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Quando se tem uma base cimentada sob o revestimento betuminoso, o pavimento é
dito semi-rígido. O pavimento reforçado de concreto asfáltico sobre placa de concreto
é considerado como pavimento composto.
Segundo MEDINA (1997), perde-se o sentido a definição das camadas quanto às suas
funções específicas e distintas umas das outras, à medida que se passou a analisar o
pavimento como um sistema de camadas e a calcular as tensões e deformações.
A partir daí começou-se a considerar a absorção dos esforços de tração pelas
camadas de rigidez como o concreto asfáltico.
Ainda, segundo MEDINA (1997), “A mecânica dos pavimentos é uma disciplina da
engenharia civil que estuda os pavimentos como sistemas em camadas e sujeitos a
cargas dos veículos. Faz-se o cálculo de tensões, deformações e deslocamentos,
conhecidos os parâmetros de deformabilidade, geralmente com a utilização de
programas de computação. Verifica-se o número de aplicações de carga que leva o
revestimento asfáltico ou a camada cimentada à ruptura por fadiga” (figura 04)
Figura 04 – Tensões no pavimento (MEDINA, 1997)
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1.4 - Nomenclatura da seção transversal
A nomenclatura descrita a seguir refere-se às camadas a aos componentes principais
que aparecem numa seção típica de pavimentos flexíveis e rígidos.
1.4.1 - Sub-leito:
É o terreno de fundação onde será apoiado todo o pavimento. Deve ser considerado e
estudado até as profundidades em que atuam significativamente as cargas impostas
pelo tráfego (de 60 a 1,50 m de profundidade).
Se o CBR do sub-leito for <2% , ele deve ser substituído por um material melhor,
(2%≤CBR≤20) até pelo menos 1 ,00 metro.
Se o CBR do material do sub -leito for ≥ 20% , pode ser usado como sub -base.
1.4.2 - Leito:
É a superfície do sub-leito (em área) obtida pela terraplanagem ou obra de arte e
conformada ao greide e seção transversal.
1.4.3 - Regulariz ação do sub-leito (nivelamento):
É a operação destinada a conformar o leito, transversal e longitudinalmente. Poderá
ou não existir, dependendo das condições do leito. Compreende cortes ou aterros até
20 cm de espessura.
1.4.4 - Reforço do sub-leito:
É a camada de espessura constante transversalmente e variável longitudinalmente, de
acordo com o dimensionamento do pavimento, fazendo parte integrante deste e que,
por circunstâncias técnico econômicas, será executada sobre o sub-leito regularizado.
Serve para melhorar as qualidades do sub-leito e regularizar a espessura da sub-base.
1.4.5 - Sub-base:
Camada complementar à base. Deve ser usada quando não for aconselhável executar
a base diretamente sobre o leito regularizado ou sobre o reforço, por circunstâncias
técnico-econômicas. Pode ser usado para regularizar a espessura da base.
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1.4.6 - Base:
Camada destinada a resistir e distribuir ao sub -leito, os esforços oriundos do tráfego e
sobre a qual se construirá o revestimento.
1.4.7 - Revestimento:
É camada, tanto quanto possível impermeável, que recebe diretamente a ação do
rolamento dos veículos e destinada econômica e simultaneamente:
- a melhorar as condições do rolamento quanto à comodidade e segurança;
- a resistir aos esforços horizontais que nele atuam, tornando mais durável a
superfície de rolamento.
Deve ser resistente ao desgaste. Também chamada de capa ou camada de desgaste.
1.4.8 - Acostamento:
Parte da plataforma contígua à pista de rolamentos, destinado ao estacionamento de
veículos, ao transito em caso de emergência e ao suporte lateral do pavimento.
Nos pavimentos rígidos também são feitas as operações de regularização do sub-leito
e reforço, quando necessário. A camada de sub-base tem o objetivo de evitar o
bombeamento dos solos do sub-leito. A placa de concreto de cimento tem a função de
servir ao mesmo tempo como base e revestimento.
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Capítulo 2
PROJETO DE PAVIMENTAÇÃO
Segundo o DNER (1996) um Projeto de Engenharia tem sua versão final intitulada
Projeto Executivo e visa, além de permitir a perfeita execução da obra, possibilitar a
sua visualização, o acompanhamento de sua elaboração, seu exame e sua aceitação
e o acompanhamento da obra. O processo comporta três etapas que se caracterizam
pelo crescente grau de precisão: Estudos Preliminares; Anteprojeto e Projeto
Executivo.
Estudos Preliminares: Determinação preliminar, por meio de levantamento expedito
de todas as condicionantes do projeto das linhas a serem mais detalhadamente
estudadas com vistas à escolha do traçado. Tais estudos devem ser subsidiados pelas
indicações de planos diretores, reconhecimentos, mapeamentos e outros elementos
existentes.
Anteprojeto - Definição de alternativas, em nível de precisão que permita a escolha
do(s) traçado(s) a ser(em) desenvolvido(s) e a estimativa do custo das obras.
Projeto Executivo - Compreende o detalhamento do Anteprojeto e perfeita
representação da obra a ser executada, devendo definir todos os serviços a serem
realizados devidamente vinculados às Especificações Gerais, Complementares ou
Particulares, quantificados e orçados segundo a metodologia estabelecida para a
determinação de custos unitários e contendo ainda o plano de execução da obra,
listagem de equipamentos a serem alocados e materiais e mão-de-obra em correlação
com os cronogramas físicos e financeiros.
Na fase de anteprojeto são desenvolvidos, ordinariamente os Estudos de Tráfego,
Estudos Geológicos, Estudos Topográficos, Estudos Hidrológicos e Estudos
Geotécnicos.
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Na fase de projeto são complementados os estudos e desenvolvidos o Projeto
Geométrico, Projeto de Terraplenagem, Projeto de Drenagem, Projeto de
Pavimentação, Projeto de Obra-de-Arte Especiais, Projeto de Interseções, Projeto de
Obras Complementares (envolvendo, Sinalização, Cercas e Defensas) e Projeto de
Desapropriação.
Neste capítulo será abordado o Projeto de Pavimentação
2.1 - Estudos geotécnicos
É a parte do projeto que analisa o comportamento dos elementos do solo no que se
refere diretamente à obra. Os estudos geotécnicos, de um modo gerral podem ser
assim divididos:
Reconhecimento do subleito
Estudos de jazidas
Estudos de Empréstimos
Sondagens para obras de arte
Estudos
Correntes
Estudos Geotécnicos
Estudos
Especiais
Estudo de fundações
Estudo de taludes
Estudo de maciço para túneis
Os estudos geotécnicos para um Projeto de Pavimentação compreendem:
- Reconhecimento do Subleito
- Estudos de Ocorrências de Materiais para Pavimentação
2.1.1- Reconhecimento do subleito
Para o dimensionamento de um pavimento rodoviário é indispensável o conhecimento
do solo que servirá para a futura estrutura a ser construída. Este solo de fundação,
chamado subleito, requer atenção especial, através de estudos geotécnicos, que
possibilitam o seu reconhecimento, identificação e quantificação das suas
características físicas e mecânicas assim como a obtenção dos parâmetros
geotécnicos necessários ao dimensionamento da estrutura.
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A espessura final do pavimento, assim como os tipos de materiais a serem
empregados são função das condições do subleito. Quanto pior forem as condições do
subleito, maior será a espessura do pavimento, podendo muitas vezes, ser requerida a
substituição parcial do mesmo, com troca por outro de melhores condições.
O estudo do reconhecimento do solo do subleito, normalmente é feito em estradas com
terraplanagem concluída embora haja também, uma tendência no sentido de que todos
os estudos tratados sejam feitos previamente à terraplanagem. Desta forma o projeto
da rodovia englobaria os projetos de terraplanagem e pavimentação.
a) Objetivos
O estudo do subleito de estradas de rodagem com terraplenagem concluída tem como
objetivo o reconhecimento dos solos visando à caracterização das diversas camadas e
o posterior traçado dos perfis dos solos para efeito do projeto de pavimento (DNER,
1996).
Nestes estudos são fixadas as diretrizes que devem reger os trabalhos de coleta de
amostras do subleito, de modo que se disponha de elementos necessários para o
projeto de pavimentação.
b) Seqüência dos serviços
O reconhecimento do subleito é normalmente feito em três fases:
Inspeção expedita no campo:
Nesta fase são feitas sondagens superficiais no eixo e nos bordos da plataforma da
rodovia para identificação dos diversos horizontes de solos (camadas) por intermédio
de uma inspeção expedida do campo.
Coleta de amostras / ensaios:
Estas amostras visam fornecer material para a realização dos ensaios geotécnicos e
posterior traçado dos perfis de solos. São definidos a partir dos elementos fornecidos
pela inspeção expedia do campo.
Traçado do perfil longitudinal:
De posse dos resultados dos ensaios feitos em cada camada ou horizonte de cada
furo, traça-se o perfil longitudinal de solos constituintes do subleito estudado.
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c) Inspeção expedita de campo
Este item foi extraído de DNER (1996)
Para a identificação das diversas camadas de solo, pela inspeção expedita no campo,
são feitas sondagens no eixo e nos bordos da estrada, devendo estas, de preferência,
serem executadas a 3,50 m do eixo. Os furos de sondagem são realizados com trado
ou pá e picareta.
O espaçamento máximo, entre dois furos de sondagem no sentido longitudinal, é de
100 m a 200 m, tanto em corte como em aterro, devendo reduzir-se, no caso de grande
variação de tipos de solos. Nos pontos de passagem de corte para aterro devem ser
realizados também furos de sondagem.
A profundidade dos furos de sondagem será, de modo geral, de 0,60 m a 1,00 m
abaixo do greide projetado para a regularização do subleito. Furos adicionais de
sondagem com profundidade de até 1,50 m abaixo do greide projetado para
regularização poderão ser realizados próximos ao pé de talude de cortes, para
verificação do nível do lençol de água (ver Projeto de Drenagem) e da profundidade de
camadas rochosas.
Em cada furo de sondagem, devem ser anotadas as profundidades inicial e final de
cada camada, a presença e a cota do lençol de água, material com excesso de
umidade, ocorrência de mica e matéria orgânica.
Os furos de sondagem devem ser numerados, identificados - com o número de estaca
do trecho da estrada em questão, seguidos das letras E, C ou D, conforme estejam
situados no bordo esquerdo, eixo ou bordo direito. Deve ser anotado o tipo de seção:
corte, aterro, seção mista ou raspagem, com as iniciais C, A, SM, R.
Os materiais para efeito de sua inspeção expedita no campo, serão classificados de
acordo com a textura, nos seguintes grupos:
- Bloco de rocha: pedaço isolado de rocha que tenha diâmetro superior a 1 m;
- Matacão: pedaço de rocha que tenha diâmetro médio entre 25cm e 1m;
- Pedra de mão: pedaço de rocha que tenha diâmetro médio entre 76 mm e 25 cm;
- Pedregulho: fração de solo entre as peneiras de 76 mm (3") e de 2,0 mm (nº 10);
- Areia:
. Grossa: fração de solo entre as peneiras de 2,0 mm (nº 10) e 0,42 mm (nº 40);
. Fina: fração de solo entre as peneiras de 0,42 mm (nº40) e 0,075 mm (nº 200);
- Silte e Argila: fração de solo constituída por grãos de diâmetro abaixo de 0,075mm.
São usadas, na descrição das camadas de solos, combinações dos termos citados
como, por exemplo, pedregulho areno-siltoso, areia fina-argilosa, etc.
Deverão também ser anotadas as presenças de mica e matéria orgânica.
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As anotações referentes a Bloco de Rocha, Matacão e Pedra de Mão, complementarão
a descrição das camadas, quando for o caso.
Para a identificação dos solos pela inspeção expedita, são usados testes expeditos,
como: teste visual, do tato, do corte, da dilatância, da resistência seca, etc. A cor do
solo é elemento importante na classificação de campo. As designações "siltoso" e
"argiloso" são dadas em função do I.P., menor ou maior que 10, do material passando
na peneira de 0,42 mm (nº 40). O solo tomará o nome da fração dominante, para os
casos em que a fração passando na peneira nº 200 for menor ou igual a 35%; quando
esta fração for maior que 35%, os solos são considerados siltes ou argilas, conforme
seu I.P. seja menor ou maior que 10.
Todos os elementos referidos, obtidos durante a inspeção expedita, são anotados no
"Boletim de Sondagem" (Figura 1)
d) Coleta de amostras e execução dos ensaios
Este item foi extraído de DNER (1996)
A medida que forem sendo executadas as sondagens e procedida a inspeção expedita
no campo, são coletadas amostras para a realização dos seguintes ensaios de
laboratório:
- Granulometria por peneiramento com lavagem do material na peneira de 2,0 mm (nº
10) e de 0,075 mm (nº 200);
- Limite de Liquidez;
- Limite de Plasticidade;
- Limite de Contração em casos especiais de materiais do subleito;
- Compactação;
- Massa Específica Aparente "in situ";
- Índice Suporte Califórnia (ISC);
- Expansibilidade no caso de solos lateríticos.
A coleta das amostras deve ser feita em todas as camadas que aparecem numa seção
transversal, de preferência onde a inspeção expedita indicou maiores espessuras de
camadas. Para os ensaios de caracterização (granulometria, LL e LP) é coletada, de
cada camada, uma amostra representativa para cada 100 m ou 200 m de extensão
longitudinal, podendo o espaçamento ser reduzido no caso de grande variação de tipos
de solos. Tais amostras devem ser acondicionadas convenientemente e providas de
etiquetas onde constem a estaca, o número de furo de sondagem, e a profundidade,
tomando, depois, um número de registro em laboratório.
Para os ensaios de Índice Suporte Califórnia (I.S.C.) retira-se uma amostra
representativa de cada camada, para cada 200 m de extensão longitudinal, podendo
este número ser aumentado em função da variabilidade dos solos.
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As determinações de massa específica aparente seca "in situ" do subleito e retiradas
de amostras para o ensaio de compactação, quando julgadas necessárias são feitas
com o espaçamento dos furos no sentido longitudinal, no eixo e bordos, na seguinte
ordem: bordo direito, eixo, bordo esquerdo, etc. As determinações nos bordos devem
ser em pontos localizados a 3,50 m do eixo. Mediante comparação entre os valores
obtidos "in situ" e os laboratórios, para cada camada em causa, determina -se o grau de
compactação.
Para materiais de subleito, o DNER utiliza o ensaio de compactação AASHTO. normal,
exigindo um grau mínimo de compactação de 100% em relação a este ensaio, sendo o
I.S.C. determinado em corpos-de-prova moldados nas condições de umidade ótima e
densidade máxima correspondentes a este ensaio.
Em geral, o I.S.C. correspondente a estas condições é avaliado mediante a moldagem
de 3 corpos-de-prova com umidades próximas a umidade ótima.
Para fins de estudos estatísticos dos resultados dos ensaios realizados nas amostras
coletadas no subleito, as mesmas devem ser agrupadas em trechos com extensão de
20 km ou menos, desde que julgados homogêneos dos pontos de vista geológico e
pedológico.
e)Traçado do perfil longitudinal / apresentação dos resultados
Segundo o DNER (1996) os resultados dos ensaios de laboratórios devem constar de
um "Quadro - Resumo de Resultados de Ensaios" (Figura 2), notando-se que, para dar
generalidade ao modelo, figuram ensaios que podem não ser feitos durante o
reconhecimento do subleito.
Com base no "Quadro-Resumo", é feita separadamente, para cada grupo de solos da
classificação TRB, uma análise estatística dos seguintes valores:
• Percentagem, em peso, passando nas peneiras utilizadas no ensaio de
granulometria. Geralmente são analisadas as percentagens, passando nas
peneiras nº 10, nº 40 e nº 200.
• LL
• IP
• IG
• ISC
• Expansão (ISC)
O DNER tem utilizado o seguinte plano de amostragem para a análise estatística dos
resultados dos ensaios:
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Chamando X1, X2, X3 ...., X n, os valores individuais de qualquer uma das
características citadas, tem-se:
Xmax = X +
1,29σ
+ 0,68σ
N
X=
X min = X −
1,29σ
− 0,68σ
N
σ =
∑X
N
∑(X - X)
N −1
onde:
N
= Número de amostras
X
= valor individual
X
= média aritmética
σ
= desvio padrão
Xmin. = valor mínimo provável, estatisticamente
Xmáx. = valor máximo provável, estatisticamente
N ≥ 9 (número de determinações feitas)
Outros critérios de análise estatística para a determinação de valores máximos e
mínimos prováveis poderão ser utilizados desde que devidamente justificados.
A análise estatística dos diversos grupos de solos encontrados no subleito pode ser
apresentada, conforme o Quadro da Figura 3.
Um perfil longitudinal com indicação dos grupos de solos pode ser visto na figura 4.
B O L E T I M DE S O N D A G E M
Procedência:
Data
Sondador:
Interessado:
Finalidade:
Estaca
Furo nº
Posição
Profundidade
total
Figura 1 – Boletim de Sondagem (DNER, 1996)
14
Descrição
Nº
Visto:
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SUBTRECHO:
Figura 2 – Quadro Resumo dos Resultados dos Ensaios
15
Q U A D R O -R E S U M O D O S
RESULTADOS DOS ENSAIOS
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ANÁLISE DOS SOLOS DO SUBTRECHO nº _______
ESTACA _________
A ESTACA __________
Figura 3 – Análise Estatística dos Resultados (DNER, 1996)
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Figura 4 – Exemplo de Perfil Longitudinal (DNER, 1996)
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2.1.2 - Estudo das ocorrências de materiais para pavimentação
Nesta fase são feitos estudos específicos nas Jazidas da região próxima à construção
da rodovia que serão analisadas para possível emprego na construção das camadas
do pavimento (regularização do sub-leito, reforço, subbase, base e revestimento ).
Estes estudos são baseados nos dados da Geologia e Pedologia da região e podem
ser utilizados fotografias aéreas, mapas geológicos, além de pesquisa com os
moradores da região, reconhecimento de jazidas antigas, depósitos aluvionares às
margens dos rios, etc. Durante os trabalhos é feita também a localização das fontes de
abastecimentos de água.
O termo “Jazida” denomina todo depósito natural de material capaz de fornecer
matéria-prima para as mais diversas obras de engenharia e o termo “Ocorrêmcia” é
empregado quando a matéria-prima ainda não está sendo explorada
O DNER fixa modo como deve ser procedido o estudo de jazidas. Normalmente são
feitas em duas etapas :
- Prospecção preliminar
- Prospecção definitiva
Os próximos itens fora adaptados do Manual de Pavimentação do DNER (DNER, 1996)
a) Prospecção preliminar
A prospecção é feita para se identificar as ocorrências que apresentam a possibilidade
de seu aproveitamento, tendo em vista a qualidade do material e seu volume
aproximado. A prospecção preliminar, compreende:
- Inspeção expedita no campo;
- Sondagens; e
- Ensaios de laboratórios.
Assim sendo nas ocorrências de materiais julgados aproveitáveis na inspeção de
campo, procede-se de seguinte modo:
•
•
Delimita-se, aproximadamente, a área onde existe a ocorrência do material;
Faz-se 4 e 5 furos de sondagem na periferia e no interior da área delimitada,
convenientemente localizados até à profundidade necessária, ou compatível com
os métodos de extração a serem adotados;
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•
•
Coleta-se em cada furo e para cada camada, uma amostra suficiente para o
atendimento dos ensaios desejados. Anota-se as cotas de mudança de camadas,
adotando-se uma denominação expedita que as caracterize. Assim, o material
aparentemente imprestável, constituinte da camada superficial, será identificado
com o nome genérico de capa ou expurgo. Os outros materiais próprios para o uso,
serão identificados pela sua denominação corrente do lugar, como: cascalho,
seixos, etc;
Faz-se a amarração dos furos de sondagem, anotando-se as distâncias
aproximadas entre os mesmos e a posição da ocorrência em relação à rodovia em
estudo.
Figura 5 – Esquema de Locação de Jazida
Uma ocorrência será considerada satisfatória para a prospecção definitiva, quando os
materiais coletados e ensaiados quanto a:
•
•
•
•
•
•
Granulometria por peneiramento com lavagem do material na peneira de 2,0 mm
(nº 10) e de 0,075 mm (nº 200);
Limite de Liquidez LL.;
Limite de Plasticidade LP;
Equivalente de Areia;
Compactação;
Índice Suporte Califórnia - ISC;
ou pelo menos, parte dos materiais existentes satisfizerem as especificações vigentes,
ou quando houver a possibilidade de correção, por mistura, com materiais de outras
ocorrências.
As exigências para os materiais de reforço do subleito, sub -base e base estabilizada,
são as seguintes:
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Para reforço do subleito: características geotécnicas superiores a do subleito,
demonstrados pelos ensaios de I.S.C. e de caracterização (Granulometria, LL, LP).
Para sub-base granulometricamente estabilizada: ISC > 20 e Índice do Grupo IG = 0
para qualquer tipo de tráfego.
Para base estabilizada granulometricamente:
•
•
•
Limite de Liquidez máximo: 25%
Índice de Plasticidade máximo: 6%
Equivalente de Areia mínimo: 30%
Caso o Limite de Liquidez seja maior que 25% e/ou Índice de Plasticidade, maior que 6,
poderá o solo ser usado em base estabilizada, desde que apresente Equivalente de
Areia maior que 30%, satisfaça as condições de Índice Suporte Califórnia e se
enquadre nas faixas granulométricas citadas adiante. O Índice Suporte Califórnia
deverá ser maior ou igual a 60 para qualquer tipo de tráfego; a expansão máxima
deverá ser 0,5%. Poderá ser adotado um ISC até 40, quando economicamente
justificado, em face da carência de materiais e prevendo-se a complementação da
estrutura do pavimento pedida pelo dimensionamento pela construção de outras
camadas betuminosas.
Quanto à granulometria, deverá estar enquadrada em uma das faixas das
especificações:
TIPOS
PENEIRAS
A
B
I
2”
1”
3/8”
Nº 4
+Nº 10
Nº 40
Nº 200
100
—
30-65
25-55
15-40
8-20
2-8
100
75-90
40-75
30-60
20-45
15-30
5-15
II
C
D
% em peso passando
—
—
100
100
50-85
60-100
35-65
50-85
25-50
40-70
15-30
25-45
5-15
10-25
E
F
—
100
—
55-100
40-100
20-50
6-20
—
100
—
70-100
55-100
30-70
8-25
A prospecção preliminar das pedreiras é realizada mediante as indicações geológicas,
procurando-se avaliar no local por meio de sondagens e de levantamento expeditos:
- O volume de capa ou de expurgo da pedreira;
- A altura e a largura da frente de exploração de rocha aparentemente sã da pedreira.
b) Prospecção definitiva
A prospecção definitiva das ocorrências de materiais compreende:
- Sondagens e coleta de amostras
- Ensaios de laboratório
- Avaliação de volume das ocorrências
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Sondagens e coleta de amostras
Uma vez verificada a possibilidade de aproveitamento técnico-econômico de uma
ocorrência, com base nos ensaios de laboratório - realizados nas amostras coletadas
nos furos feitos de acordo com a prospecção preliminar, será, então, feito o estudo
definitivo da mesma e sua cubagem. Para isso, lança-se um reticulado com malha de
30 m ou mais de lado, dentro dos limites da ocorrência selecionada, onde serão feitos
os furos de sondagem.
Ensaios de laboratório
Em cada furo da malha ou no seu interior, para cada camada de material, será feito um
Ensaio de Granulometria por peneiramento, de Limite de Liquidez de Limite de
Plasticidade e de Equivalente de Areia (quando for indicado).
No caso de existirem camadas com mais de 1,00 m de espessura, deve-se executar os
ensaios acima citados, para cada metro de profundidade dessa camada. Para
determinação do Índice Suporte Califórnia (ISC) a mesma orientação deverá ser
seguida, ensaiando-se materiais de furos mais espaçados, se for o caso.
O Ensaio de Índice Suporte Califórnia para ocorrência de solos e materiais granulares,
é feito utilizando os corpos-de-prova obtidos no ensaio de compactação, ou os três que
mais se aproximem do ponto de massa específica aparente máxima, de acordo com o
método padronizado do DNER.
Quando solicitado, são realizados também ensaio de Determinação de Massa
Específica Aparente "in situ" do material "in natura".
Avaliação de volume das ocorrências – cubagem
Com a rede de furos lançada (de 30 em 30m) e com a profundidade de cada furo e
cada horizonte, pode-se calcular o volume de cada tipo de material encontrado na
jazida.
As quantidades mínimas de materiais de ocorrência a serem reconhecidas, para cada
quilômetro de pavimento de estrada, são aproximadamente as seguintes:
Regularização e reforço do subleito .............. 2 500m3
3
Sub-base ..................................................... 2 000m
3
Base ...........................................................
2 000m
3
Areia ...........................................................
300m
3
Revestimento (Pedreiras) ...........................
500m
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No que se refere às pedreiras, será obedecido o que recomenda a Norma ABNT
6490/85 (NB-28/68), para "Reconhecimento e Amostragem para Fins de
Caracterização das Ocorrências de Rochas".
A coleta de amostras de rochas para serem submetidas aos ensaios correntes de
Abrasão Los Angeles, Sanidade e Adesividade é realizada através de sondagens
rotativas ou então, quando a ocorrência assim o permitir, por extração por meios de
furos com barra-mina e explosivos no paredão rochoso.
Quando for necessário, os ensaios correntes poderão ser complementados pelos
exames de Lâmina e de Raio X do material coletado.
A cubagem do material poderá ser realizada por auscultação a barra-mina. Quando
necessário, poderá ser providenciado o lançamento de um reticulado com lados de
10m a 20m aproximadamente. Admite-se que seja considerado como rocha, o maciço
abaixo da capa de pedreira.
c) Apresentação dos resultados
Os resultados das sondagens e dos ensaios dos materiais das amostras das
ocorrências de solos e materiais granulares são apresentados através dos seguintes
elementos:
• Boletim de Sondagem (Figura 1)
• Quadro-resumo dos Resultados dos Ensaios (Figura 2)
• Análise Estatística dos Resultados (Figura 6)
• Planta de Situação das Ocorrência (Figura 7)
• Perfis de Sondagem Típicos (Figura 8)
Geralmente para cada ocorrência é apontada a designação de J-1, J-2 etc...
Os resultados das sondagens e dos ensaios dos materiais rochosos (Pedreiras) são
também apresentados de maneira similar às ocorrências de solos e materiais
granulares, sendo apontado para cada pedreira a designação de P1, P2 etc... (Ver
exemplo anexo).
A apresentação dos resultados é complementada mediante um esquema geral de
todas as ocorrências e das fontes de abastecimento de água do trecho estudado,
conforme mostrado no exemplo anexo.
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Figura 6 - Análise Estatística dos Resultados
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-
SUBTRECHO:
Figura 7 - Planta de Situação das Ocorrências
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PROPRIETÁRIO DA ÁREA
A u sência de materiais deletéricos
Figura 8 - Perfis de Sondagem Típico
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2.2 – Dimensionamento do Pavimento
Neste item será estudado o dimensionamento de pavimentos flexíveis. Será abordado
o método de dimensionamento adotado pelo DNER (DNIT) denominado método do
Engenheiro Murilo Lopes de Souza. Todo o procedimento de dimensionamento aqui
apresentado foi retirado do Manual de Pavimentação do DNER (DNER, 1996), tendo
sido modificado apenas a numeração dos itens para adaptação a estas notas de aula.
Na parte inicial será apresentado o estudo sobre as cargas rodoviárias, obtido das
seguintes referências: DNER (1996), SOUZA (1980) e NEVES (2002).
2.2.1 – As cargas rodoviárias
As cargas dos veículos são transmitidas ao pavimento através das rodas dos
pneumáticos. Para efeito de dimensionamento de pavimentos o tráfego de veículos
comerciais (caminhões, ônibus) é de fundamental importância. No projeto geométrico
são considerados tanto o tráfego de veículos comerciais quanto o tráfego de veículos
de passageiros (carro de passeio), constituindo assim o tráfego total.
a) Os eixos
As rodas dos pneumáticos (simples ou duplas) são acopladas aos eixos, que podem
ser classificadas da seguinte forma:
Eixos Simples:
Um conjunto de duas ou mais rodas, cujos centros estão em um plano transversal
vertical ou podem ser incluídos entre dois planos transversais verticais, distantes de
100 cm, que se estendam por toda a largura do veículo. Pode-se ainda definir:
EIXO SIMPLES DE RODAS SIMPLES: com duas rodas, uma em cada extremidade (2
pneus); e
EIXOS SIMPLES DE RODAS DUPLAS: com quatro rodas, sendo duas em cada
extremidade (4 pneus).
Eixos Tandem:
Quando dois ou mais eixos consecutivos, cujos centros estão distantes de 100 cm a
240 cm e ligados a um dispositivo de suspensão que distribui a carga igualmente entre
os eixos (balancin). O conjunto de eixos constitui um eixo tandem. Pode-se ainda
definir:
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EIXO TANDEM DUPLO: com dois eixos, com duas rodas em cada extremidade de
cada eixo (8 pneus). Nos fabricantes nacionais o espaçamento médio de 1,36 m;
EIXO TANDEM TRIPLO: com três eixos, com duas rodas em cada extremidade de
cada eixo (12 pneus).
(a)
(b)
Figura 9 – Exemplos de Eixos Simples (a) e Tandem duplo (b)
b) Os veículos
No Brasil os veículos comerciais devem obedecer a certos limites e as cargas por eixo
não podem ser superiores a determinados valores, segundo a legislação em vigor.
Quem regulamenta estes limites para as cargas máximas legais é a chamada lei da
balança. Segundo NEVES (2002) esta lei tem o número original 5-105 de 21/09/66 do
CNT (Código Nacional de Trânsito), que depois foi alterada por:
- Decreto Nº 62.127 de 16/10/68;
- Com modificações introduzidas pelo Decreto Nº 98.933 de 07/02/90;
- Lei Nº 7.408 de 25/01/85, que fixava uma tolerância máxima de 5%.
Código de Trânsito Brasileiro através da Lei No 9.043 de 23/09/97 e da Resolução No
12 de 6/12/98 do CONTRAN regulamentou as seguintes cargas máximas legais no
Brasil:
Eixo
Dianteiro simples de roda simples
Simples de roda simples
Tandem duplo
Tandem Triplo
Duplo de Tribus
Carga Máxima Legal
6t
10 t
17 t
25,5 t
13,5 t
27
Com Tolerância de 7,5 %
6.45 t
10,75 t
18,28 t
27,41 t
14,51
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O dimensionamento do pavimento é feito com base na carga máxima legal. Ainda
pose-se encontrar as seguintes limitações:
- Peso bruto por eixo isolado: 10 ton. quando o apoio no pavimento se dá em 4 pneus e
5 ton. quando o apoio no pavimento se dá em 2 pneus.
- Peso bruto por conjunto de 2 eixos tandem de 17 ton., quando a distância entre dois
planos verticais que contenham os centros das rodas estiver compreendida entre
1,20m e 1,40m.
- Peso bruto por conjunto de 2 eixos não em tandem de 15 ton., quando a distância
entre dois planos verticais que contenham os centros das rodas estiver compreendida
entre 1,20m e 1,40m.
- Peso bruto total por veículo ou combinação de veículo de 40 ton. Nenhuma
combinação poderá ter mais de 2 unidades.
Se a distância entre dois planos paralelos contenham os centros das rodas de dois
eixos adjacentes for inferior a 1,20m, a carga transmitida ao pavimento por esses dois
eixos em conjunto não poderá ser superior a 10 ton. Se a distância for superior a
2,40m, cada eixo será considerado como se fosse isolado e poderá transmitir ao
pavimento 10 ton de carga.
Para o DNER, os veículos podem ser classificados em veículos leves e veículos de
carga ou comerciais. Segundo NEVES (2002) os veículos são assim denominados:
Veículos leves:
CARRO DE PASSEIO, automóveis e utilitários leves (Kombi, Pick-up), todos com dois
eixos e apenas rodas simples com dois pneumáticos por eixo (total de 4 pneus).
Dividem-se em duas subclasses: Automóveis e Utilitários (furgões, Kombi e Pick-up).
CAMINHÃO LEVE (2C-Leve): inclui caminhonetes e caminhões leves com dois eixos,
sendo o dianteiro de rodas simples e o traseiro de rodas duplas, 6 pneus, (tipo 608, F
4000, etc.), além de veículos de camping leves;
Veículos de carga ou comerciais:
ÔNIBUS, para transporte de passageiros, compreendendo:
- Ônibus Urbano e Ônibus de Viagem (similar ao Caminhão 2C), com dois eixos: o
dianteiro de rodas simples e o traseiro de rodas duplas (6 pneus);
- Tribus: ônibus com três eixos (similar ao Caminhão 3C), com eixo dianteiro de rodas
simples e traseiro especial, compreendendo conjunto de um eixo de rodas duplas e
outro de rodas simples (8 pneus).
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CAMINHÃO DE DOIS EIXOS, EM UMA SÓ UNIDADE (2C-Pesado): esta categoria
inclui os caminhões basculantes, de carroceria, baú e tanque, veículos de camping e
de recreação, veículos moradia, etc, tendo dois eixos com rodas simples no dianteiro e
rodas duplas na traseira (6 pneus);
CAMINHÃO DE TRÊS EIXOS, EM UMA SÓ UNIDADE (3C): todos os veículos que,
em um mesmo chassi, tenham três eixos. Esta categoria inclui caminhões betoneira,
caminhões basculantes pesados, caminhões de carroceria e baús longos, etc, tendo
três eixos: dianteiro de rodas simples e traseiros (tandem duplo ou não) de rodas
duplas (10 pneus);
CAMINHÃO DE QUATRO EIXOS, EM UMA SÓ UNIDADE (4C): todos os veículos que,
em um mesmo chassi, tenham quatro eixos (geralmente basculantes de minérios): eixo
dianteiro de rodas simples e traseiro (tandem) de rodas duplas (14 pneus). Raro.
Caminhões com semi-reboques (carretas):
CAMINHÃO COM SEMI-REBOQUE COM TRÊS EIXOS (2S1): veículos com três
eixos, formados por duas unidades, sendo que uma das quais é um cavalo motor (com
dois eixos) e o reboque com eixo (10 pneus).
CAMINHÃO COM SEMI-REBOQUE, COM QUATRO EIXOS (2S2): veículos com
quatro eixos, consistindo de duas unidades, uma das quais é um cavalo motor (com
dois eixos) e o reboque com 2 eixos (tandem duplo), com 14 pneus;
CAMINHÃO COM SEMI-REBOQUE, COM CINCO EIXOS (2S3): veículos com cinco
eixos, constituídos por duas unidades, uma das quais é um cavalo motor (com dois
eixos), e o reboque com 3 eixos (tandem triplo), com 18 pneus;
CAMINHÃO COM SEMI-REBOQUE, COM CINCO EIXOS (3S2): veículos com cinco
eixos, constituídos por duas unidades, uma das quais é um cavalo motor (com três
eixos, sendo o traseiro duplo), e o reboque com 2 eixos (tandem duplo), com 18 pneus;
CAMINHÃO COM SEMI-REBOQUE, COM SEIS EIXOS (3S3): veículos com seis
eixos, constituídos de duas unidades, uma das quais é um cavalo motor (com três
eixos, sendo o traseiro tandem duplo), e o reboque com 3 eixos (tandem triplo), com 22
pneus;
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Caminhões com reboques (“Romeu e Julieta” ou “TREMINHÃO”):
CAMINHÃO TRACIONANDO UNIDADES MÚLTIPLAS, COM CINCO EIXOS OU
MENOS (2C2/2C3/3C2): veículos com cinco eixos ou menos, constituídos por duas
unidades, uma das quais é a unidade motora, com várias configurações;
CAMINHÃO TRACIONANDO UNIDADES MÚLTIPLAS, COM SEIS EIXOS (3C3):
veículos de seis eixos, constituídos por duas unidades, uma das quais é a motora, em
várias configurações;
CAMINHÃO TRACIONANDO UNIDADES MÚLTIPLAS, COM SETE EIXOS OU MAIS
(3C4): veículos com sete ou mais eixos, constituídos por duas unidades ou mais, uma
das quais é a motora;
Caminhões especiais:
BITREM (3S2S2): unidade tratora e 2 semi-reboques, com 4 conjuntos de eixos (7
eixos individuais);
TRITREM (3S2S2S2): unidade tratora e 3 semi-reboques, com 5 conjuntos de eixos (9
eixos individuais);
RODO-TREM (3S2C4): unidade tratora e 1 semi-reboque, e um reboque, com total de
5 conjuntos de eixos (9 eixos individuais).
CAMINHÕES COM SEMI-REBOQUE DE VÁRIOS EIXOS - para grandes cargas;
SEMI-REBOQUE 3 S 1 - Raro.
Outros: MOTOCICLETAS, TRICICLOS, BICICLETAS, CARROÇAS, ETC.
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Figura 10 – Tipos de Veículos e Carga Máxima Legal (NEVES, 2002)
31
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c) Área de contato entre pneumático e pavimento
Quando os pneus são novos a área de contado é elíptica, tornando-se velhos a área
toma o formato retangular. Pode ser expressa da seguinte forma:
A= P
K.p
onde A → Área de contato
P → Carga atuando sobre pneumático
p → Pressão de enchimento do pneumático
k → Fator que leva em consideração a rigidez do pneu (1 a 1,3)
d) - O tráfego rodoviário
No estudo do tráfego rodoviário são comuns as seguintes definições:
Volume de tráfego: Número de veículos que passa em um ponto da rodovia, em
determinado intervalo de tempo: hora, dia, mês, ano.
Volume médio diário (Vm ou VMD): Número de veículos que circulam em uma estrada
durante um ano, dividido pelo número de dias do ano
Volume diário de tráfego
Capacidade de tráfego de uma faixa : Número máximo de veículos de passageiros que
podem passar por hora na faixa de tráfego.
Para o dimensionamento do pavimento os dois primeiro são mais importantes.
e) Crescimento do tráfego
O projeto de um pavimento é feito para um período de tempo, denominado período “P”,
expresso em anos. No início do período “P” admite -se um volume inicial de veículos
denominado “Vo”.
Durante o decorrer do período de utilização da rodovia o volume de veículos tenderá a
aumentar, aparecendo daí as denominações de tráfego Atual, tráfego Desviado e
tráfego Gerado. No final do período “P” o volume final de veículos é chamado de
tráfego final, designado pelo termo “Vt”.
32
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O crescimento do tráfego durante o período de utilização da rodovia poderá ser
previsto através projeções matemáticas, que são baseadas no volume de veículo
inicial, período de projeto, taxa de crescimento anual, dentre outros. As duas formas de
crescimento do tráfego mais utilizadas são as seguintes:
Crescimento em progressão aritmética ou crescimento linear
Vt = 365 x P x Vm
Vm = Vo ( 2 + P.t) K
2
onde
Vt → Volume total de tráfego para um período P
Vm → Volume médio diário
Vo → Volume médio diário no ano anterior ao período considerado
t → Taxa de crescimento anual
k → Fator que leva em consideração o tráfego gerado e desviado
Tráfego Gerado: é o tráfego que surge pelo estímulo da pavimentação, restauração ou
duplicação da Rodovia. Normalmente é gerado por empreendimentos novos
(Indústrias, Minerações, etc) atraídos pelas boas condições de transporte.
Tráfego Desviado: é o tráfego atraído de outras rodovias existentes, em função da
pavimentação, restauração ou duplicação da Rodovia.
Crescimento em progressão geométrica ou crescimento exponencial
Vt = 365 x Vo x (1 + t)P - 1 K
t
f) O conceito de eixo padrão rodoviário
Como em uma rodovia trafegam vários tipos de veículos com variadas cargas em cada
eixo foi necessário introduzir o conceito de Eixo Padrão Rodoviário. Este eixo é um eixo
simples de rodas duplas com as seguintes características:
Carga por Eixo (P): 18 Kips = 18.000 lb = 8.165 Kgf = 8,2 tf = 80 KN
Carga por roda (P/4): 4,5 Kips = 4.500 lb = 2.041 Kgf = 2,04 tf = 20 KN
Pressão de Enchimento dos Pneus (p): 80 lb/Pol2 = 5,6 Kgf/cm2
Pressão de Contato Pneu-Pavimento (q): 5,6 Kgf/cm2
Raio da Área de Contato Pneu-Pavimento (r): 10,8 cm
Afastamento entre Pneus por Roda (s): 32,4 cm
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Figura 11 – Eixo Padrão Rodoviário
g) Estudo do tráfego
Para efeito de dimensionamento de pavimentos, existem dois parâmetros de grande
interesse:
Número de eixos que solicitam o pavimento durante o período de projeto → “n”
n = Vt x FE
Onde:
FE → Fator de Eixo: É o número que multiplicado pela quantidade de veículos dá o
número de eixos. É calculado por amostragem representativa do trafego em
questão, ou seja:
FE = namost
Vtamost
Número “N”
Representa o número de repetições de carga equivalente a um eixo de 8,2 ton tomado
como padrão (Eixo Padrão Rodoviário). Este é o parâmetro de maior importância na
maioria dos métodos e processos de dimensionamento de pavimentos. É definido da
seguinte maneira:
N = n x FC
Sendo FC (Fator de carga) o número que multiplicado pelo número de eixos dá o
número equivalente de eixos padrão. É conseguido através de gráficos específicos e é
função da valor da carga de eixo (simples, tandem duplo, tandem triplo). A Figura 12,
dá os fatores de equivalência de operação entre eixos simples e "tandem", com
diferentes cargas e o eixo simples padrão com carga de 8,2t (18.000 lbs).
O valor a ser adotado em projeto é dado pela seguinte expressão:
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FC = ∑ Pj x FCj
100
Onde:
Pj → Porcentagem com que incidem cada categoria de veículos “j”
FCj → Fator de carga para cada categoria de veículo “j”
Conclusão
n = Vt x FE (1)
N = n x FC (2)
(1) em (2)
N = Vt x FE x FC
N = 365 x P x Vm x FE x FC
Obs.: (FE x FC Também chamado de FV)
Figura 12 – Fatores de equivalência de Operações
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h) - Exemplos numéricos
1) Calcular o número “N” a ser utilizado no dimensionamento do pavimento de uma
rodovia que terá um volume médio diário de 2500 veículos para um período de projeto
de 10 anos. Uma amostragem representativa do tráfego para esta rodovia contou com
300 veículos comerciais, distribuídos da seguinte forma:
200 veículos com 2 eixos; 80 veículos com 3 eixos e 20 veículos com 4 eixos. As
porcentagens com que incidem eixos simples e também por diferentes categorias de
peso, são dados no quadro abaixo.
Eixos
Simples
(t)
2
4
6
10
Eixos
Tandem
(t)
10
16
Total
% de ocorrências na
amostragem
(Pi)
41
28
14
14
Frequência
295
202
101
101
Fator de
equivalência
de carga (FCj)
0,003
0,04
0,30
3,00
Fator de
Carga
(FC)
0,0012
0,0112
0,0420
0,4200
2
1
100
14
7
720 (n)
0,6
6,0
-
0,0120
0,0600
0,5464
Solução:
a) Cálculo do número total de eixos da amostragem (n)
n = 200 x 2 + 80 x 3 + 20 x 4 = 720
b) Cálculo de FE
n amost = Vt amost x FE
FE = 720 / 300 ?
FE = 2,4
c) Cálculo de FC
FC = 0,5464 (coluna 5)
d) Cálculo do “N”
N = 365 x P x Vm x FE x FC
N = 365 x 10 x 2500 x 2,4 x 0,5464
N = 1,19 x 107
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2) (SOUZA, 1980)
Uma estrada apresenta um volume de tráfego, nos dois sentidos, de 2Vo = 4000
veículos por dia com a seguinte distribuição:
Carros de passeio
→ 30%
Caminhões leves
→ 4%
Caminhões médios
→ 55%
Caminhões pesados
→ 6%
Ônibus
→ 0%
Reboques e semi-reboques
→ 5%
Considerando um período de projeto de 10 anos, Vm = 3000 veículos, e tomando como
base os dados de pesagem apresentados no quadro abaixo, pede-se:
1) Calcular os fatores de veículos (FV) de acordo com os fatores de equiv. do DNER.
2) Determinar o número N, considerando o tráfego total.
3) Determinar o número N, considerando apenas o tráfego comercial.
Dados de uma estação de pesagem para veículos pesados:
Caminhões Médios (FEi = 2,00)
Eixos Simples
(t)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
∑
Porcentagem
(P ji )
6
32
18
9
5
3
3
7
9
4
2
1
1
100
Fator de
Equivalência (FCj )
0,004
0,020
0,050
0,100
0,300
0,500
1,000
2,000
3,500
6,000
10,00
15,00
Obs.: j → Carga; i → Categoria
37
Equivalência
(P ji ) (FCj )
0,128
0,360
0,450
5,000
0,900
1,500
7,000
18,00
14,00
12,00
10,00
15,00
84,338
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Caminhões Pesados (FEi = 2,00)
Eixos Simples
(t)
2
3
4
5
6
Eixos Tandem (t)
3
5
6
7
8
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
24
25
∑
Porcentagem
(P ji )
3
8
26
13
1
Fator de
Equivalência (FCj )
0,005
0,020
0,050
0,100
0,300
Equivalência
(P ji ) (FCj )
0,012
0,120
1,300
1,300
0,300
1
2
2
1
1
1
1
2
1
3
5
7
10
6
3
1
1
1
100
0,005
0,020
0,060
0,100
0,200
1,000
2,000
2,600
4,000
6,000
7,000
10,00
15,00
20,00
30,00
35,00
55,00
70,00
0,005
0,040
0,120
0,100
0,200
1,000
2,000
5,200
4,000
18,00
35,00
70,00
150,0
120,0
90,00
35,00
55,00
70,00
658,697
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Reboques e Semi-Reboques (FEi = 3,00)
Eixos Simples
(t)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Eixos Tandem (t)
5
6
7
14
16
17
18
19
20
21
22
∑
Porcentagem
(P ji )
2
11
13
16
4
2
4
7
8
5
5
6
3
1
Fator de
Equivalência (FCj )
0,004
0,020
0,050
0,100
0,300
0,500
1,000
2,000
3,500
6,000
10,00
15,00
25,00
Equivalência
(P ji ) (FCj )
0,044
0,260
0,800
0,400
0,600
2,000
7,000
16,00
17,50
30,00
60,00
45,00
25,00
2
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
100
0,020
0,060
0,100
2,600
6,000
7,000
10,00
15,00
20,00
30,00
35,00
0,040
0,060
0,100
2,600
6,000
14,00
10,00
15,00
20,00
30,00
35,00
337,404
Solução
Obs.: Consideram-se desprezíveis as repetições de eixo devidas as cargas de carros
de passeio e caminhões leves.
1) Cálculo do FV
Calcula -se FVi (para cada categoria) da seguinte forma:
- Caminhões Médios: 100 (FCi) = 84,338 → FCi = 0,84338
FVi = (FEi ) x (FCi) = 2 x 0,84338 = 1,68676
- Caminhões Pesados:
100 (FCi) = 658,697 → FCi = 6,58697
FVi = (FEi ) x (FCi) = 2 x 6,58697 = 13,17394
- Reboques e SR: 100 (FCi) = 337,404 → FCi = 3,37404
FVi = (FEi ) x (FCi) = 3 x 3,37404 = 10,12212
FV = ∑(P j ) x (FVi)
100
FV = 0,55x1,69 + 0,06x13,17 + 0,05x10,12
→
FV = 2,22
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2) Cálculo de N (Tráfego total)
N = 365 x P x Vm x FV
N = 365 x 10 x 3000 x 2,22
N = 2,4 x 107
3) Cálculo de N (Tráfego comercial)
Caminhões leves
Caminhões médios
Caminhões pesados
Reboques e SR
Soma
Porcentagem do
tráfego total
4%
55%
6%
5%
70%
Porcentagem do
tráfego comercial
5,7%
78,6%
8,6%
7,1%
100%
Vm = 0,70 x 3000 = 2100 veículos
FV = 0,786x1,69 + 0,086x13,17 + 0,071x10,12 = 3,18
N = 365 x P x Vm x FV
N = 365 x 10 x 2100 x 3,18
N = 2,4 x 107
40
FVi
Desprezível
1,68676
13,17394
10,12212
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2.2.2 – Dimensionamento de pavimentos flexíveis (método do DNIT)
O método tem como base o trabalho "Design of Flexible Pavements Considering Mixed
Loads and Traffic Volume", da autoria de W.J. Turnbull, C.R. Foster e R.G. Ahlvin, do
Corpo de Engenheiros do Exército dos E.E.U.U. e conclusões obtidas na Pista
Experimental da AASHTO.
Relativamente aos materiais integrantes do pavimento, são adotados coeficientes de
equivalência estrutural tomando por base os resultados obtidos na Pista Experimental
da AASHTO, com modificações julgadas oportunas.
O subleito
A Capacidade de Suporte do subleito e dos materiais constituintes dos pavimentos é
feita pelo CBR, adotando-se o método de ensaio preconizado pelo DNER, em corposde-prova indeformados ou moldados em laboratório para as condições de massa
específica aparente e umidade especificada para o serviço.
O subleito e as diferentes camadas do pavimento devem ser compactadas de acordo
com os valores fixados nas "Especificações Gerais", recomendando-se que, em
nenhum caso, o grau de compactação deve ser inferior a 100%.
Os materiais do subleito devem apresentar uma expansão, medida no ensaio C.B.R.,
menor ou igual a 2% e um C.B.R. ≥ 2%.
Classificação dos materiais empregados no pavimento.
a) Materiais para reforço do subleito, os que apresentam:
C.B.R. maior que o do subleito
Expansão ≤ 1% (medida com sobrecarga de 10 lb)
b) Materiais para sub -base, os que apresentam:
C.B.R. ≥ 20%
I.G. = 0
Expansão ≤ 1% (medida com sobrecarga de 10 1bs)
c) Materiais para base, os que apresentam:
C.B.R. ≥ 80%
Expansão ≤ 0,5% (medida com sobrecarga de 10 1bs)
Limite de liquidez ≤ 25%
Índice de plasticidade ≤ 6%
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Caso o limite de liquidez seja superior a 25% e/ou índice de plasticidade seja superior a
6; o material pode ser empregado em base (satisfeitas as demais condições), desde
que o equivalente de areia seja superior a 30.
Para um número de repetições do eixo -padrão, durante o período do projeto N ≤ 5x106,
podem ser empregados materiais com C.B.R. ≥ 60% e as faixas granulométricas E e F
já citadas.
Os materiais para base granular devem ser enquadrar numa das seguintes faixas
granulométricas:
PENEIRAS
A
2”
1”
3/8”
Nº 4
Nº 10
Nº 40
Nº 200
100
—
30-65
25-55
15-40
8-20
2-8
Percentagem em peso passando
B
C
100
75-90
40-75
30-60
20-45
15-30
5-15
—
100
50-85
35-65
25-50
15-30
5-15
D
—
100
60-100
50-85
40-70
25-45
10-25
A fração que passa na peneira nº 200 deve ser inferior a 2/3 da fração que passa na
peneira nº 40. A fração graúda deve apresentar um desgaste Los Angeles igual ou
inferior a 50. Pode ser aceito um valor de desgaste maior, desde que haja experiência
no uso do material.
Em casos especiais podem ser especificados outros ensaios representativos da
durabilidade da fração graúda.
Para o caso de materiais lateríticos, as "Especificações Gerais" fixarão valores para
expansão, índices de consistência, granulometria e durabilidade da fração graúda.
O tráfego
O pavimento é dimensionado em função do número equivalente (N) de operações de
um eixo tomado como padrão, durante o período de projeto escolhido.
Fator climático regional
Para levar em conta as variações de umidade dos materiais do pavimento durante as
diversas estações do ano (o que se traduz em variações de capacidade de suporte dos
materiais) o número equivalente de operações do eixo-padrão ou parâmetro de tráfego,
N, deve ser multiplicado por um coeficiente (F.R.) que, na pista experimental da
AASHTO, variou de 0,2 (ocasião em que prevalecem baixos teores de umidade) a 5,0
(ocasiões em que os materiais estão praticamente saturados). É possível que, estes
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coeficientes sejam diferentes, em função da diferença de sensibilidade à variação do
número N; é possível, ainda, pensar-se num fator climático que afetaria a espessura do
pavimento (em vez do número N), e que seria, ao mesmo tempo, função desta
espessura.
O coeficiente final a adotar é uma média ponderada dos diferentes coeficientes
sazonais, levando-se em conta o espaço de tempo em que ocorrem.
Parece mais apropriado a adoção de um coeficiente, quando se toma, para projeto, um
valor C.B.R compreendido entre o que se obtém antes e o que se obtém depois da
embebição, isto é, um valor correspondente à umidade de equilíbrio. Tem-se adotado
um FR = 1,0 face aos resultados de pesquisas desenvolvidas no IPR/DNER.
Coeficiente de equivalência estrutural
São os seguintes os coeficientes de equivalência estrutural para os diferentes materiais
constitutivos do pavimento:
Componentes do pavimento
Coeficiente K
Base ou revestimento de concreto betuminoso
Base ou revestimento pré-misturado a quente, de graduação densa
Base ou revestimento pré-misturado a frio, de graduação densa
Base ou revestimento betuminoso por penetração
Camadas granulares
2,00
1,70
1,40
1,20
1,00
-Solo cimento com resistência à compressão a 7 dias, superior a 45 kg/cm2
1,70
-Idem, com resistência à compressão a 7 dias, entre 45 kg/cm2 e 28 kg/cm2
1,40
-Idem, com resistência à compressão a 7 dias, entre 28 kg/cm2 e 21 kg/cm2
1,20
Nota: Pesquisas futuras podem justificar mudanças nestes coeficientes.
Os coeficientes estruturais são designados, genericamente por:
Revestimento
Base
Sub-base
Reforço
: KR
: KB
: KS
: KRef
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Espessura mínima de revestimento
A fixação da espessura mínima a adotar para os revestimentos betuminosos é um dos
pontos ainda em aberto na engenharia rodoviária, quer se trate de proteger a camada
de base dos esforços impostos pelo tráfego, quer se trate de evitar a ruptura do próprio
revestimento por esforços repetidos de tração na flexão. As espessuras a seguir
recomendadas, visam, especialmente, as bases de comportamento puramente granular
e são definidas pelas observações efetuadas.
N
N ≤ 106
Espessura Mínima de Revestimento Betuminoso
Tratamentos superficiais betuminosos
106 < N ≤ 5 x 106
5 x 106 < N ≤ 107
Revestimentos betuminosos com 5,0 cm de espessura
107 < N ≤ 5 x 107
N > 5 x 107
Concreto betuminoso com 10,0 cm de espessura
Concreto betuminoso com 7,5 cm de espessura
Concreto betuminoso com 12,5 cm de espessura
No caso de adoção de tratamentos superficiais, as bases granulares devem possuir
alguma coesão, pelo menos aparentes, seja devido à capilaridade ou a entrosamento
de partículas.
Dimensionamento do pavimento
O gráfico da Figura 13 dá a espessura total do pavimento, em função de N e de I.S. ou
C.B.R.; a espessura fornecida por este gráfico é em termos de material com K = 1,00,
isto é, em termos de base granular. Entrando-se em abcissas, com o valor de N,
procede-se verticalmente até encontrar a reta representativa da capacidade de suporte
(I.S. ou C.B.R.) em causa e, procedendo-se horizontalmente, então, encontra-se, em
ordenadas, a espessura do pavimento.
Supõe-se sempre, que há uma drenagem superficial adequada e que o lençol d'água
subterrâneo foi rebaixado a, pelo menos, 1,50 m em relação ao greide de
regularização.
No caso de ocorrência de materiais com C.B.R. ou I.S. inferior a 2, é sempre preferível
a fazer a substituição, na espessura de, pelo menos, 1 m, por material com C.B.R. ou
I.S. superior a 2.
A espessura mínima a adotar para compactação de camadas granulares é de 10 cm, a
espessura total mínima para estas camadas, quando utilizadas, é de 15 cm e a
espessura máxima para compactação é de 20 cm.
A Figura 14 apresenta simbologia utilizada no dimensionamento do pavimento, Hm
designa, de modo geral, a espessura total de pavimento necessário para proteger um
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material com C.B.R. ou I.S. = CBR ou IS = m, etc., hn designa, de modo geral, a
espessura de camada do pavimento com C.B.R. ou I.S. = n, etc.
Mesmo que o C.B.R. ou I.S. da sub-base seja superior a 20, a espessura do pavimento
necessário para protegê-la é determinada como se esse valor fosse 20 e, por esta
razão, usam-se sempre os símbolos, H20 e h20 para designar as espessuras de
pavimento sobre sub-base e a espessura de sub-base, respectivamente.
Os símbolos B e R designam, respectivamente, as espessuras de base e de
revestimento.
Uma vez determinadas as espessuras Hm, Hn, H20 , pelo gráfico da Figura 43, e R pela
tabela apresentada, as espessuras de base (B), sub-base (h20) e reforço do subleito
(hn), são obtidas pela resolução sucessiva das seguintes inequações:
R KR + B K B ? H20
R KR + B K B + h20 KS ? Hn
R KR + B K B + h20 KS + hn K Ref ? H m
Acostamento
Não se dispõe de dados seguros para o dimensionamento dos acostamentos, sendo
que a sua espessura está, de antemão, condicionada à da pista de rolamento, podendo
ser feitas reduções de espessura, praticamente, apenas na camada de revestimento. A
solicitação de cargas é, no entanto, diferente e pode haver uma solução estrutural
diversa da pista de rolamento.
A adoção nos acostamentos da mesma estrutura da pista de rolamento tem efeitos
benéficos no comportamento desta última e simplifica os problemas de drenagem;
geralmente, na parte correspondente às camadas de reforço e sub-base, adota -se,
para acostamentos e pista de rolamento, a mesma solução, procedendo-se de modo
idêntico para a parte correspondente à camada de base, quando o custo desta camada
não é muito elevado. O revestimento dos acostamentos pode ser, sempre, de categoria
inferior ao da pista de rolamento.
Quando a camada de base é de custo elevado, pode-se dar uma solução de menor
custo para os acostamentos.
Algumas sugestões têm sido apontadas para a solução dos problemas aqui
focalizados, como:
a) adoção, nos acostamentos, na parte correspondente à camada de base, de
materiais próprios para sub -base granular de excepcional qualidade, incluindo solos
modificados por cimento, cal, etc.
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b) consideração, para efeito de escolha de revestimento, de um tráfego nos
acostamentos da ordem de, até 1% do tráfego na pista de rolamento.
Pavimentos por etapas
Muitas vezes, quando não se dispõe de dados seguros sobre a composição de tráfego,
é conveniente a pavimentação por etapas, havendo ainda a vantagem de, ao se
completar o pavimento para o período de projeto definitivo, eliminarem-se as pequenas
irregularidades que podem ocorrer nos primeiros anos de vida do pavimento.
A pavimentação por etapas é especialmente recomendável quando, para a primeira
etapa, pode-se adotar um tratamento superficial como revestimento, cuja espessura é,
perfeitamente desprezível; na segunda etapa a espessura a acrescentar vai ser ditada,
muitas vezes, pela condição de espessura mínima de revestimento betuminoso a
adotar.
Figura 13 - Espessura Total do Pavimento
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Figura 14 - Simbologia Utilizada
Exemplo Numérico
Dimensionar o pavimento de uma rodovia em que N=6x107 , sabendo-se que o sub-leito
possui um isc=6%, dispondo-se de material de sub-base com isc=40% e para base de
isc=80%.
1ª Solução:
a)Revestimento para N=6x10¦→ Espessura = 12,5 cm de CBUQ ou CAUQ
(Tabela de espessura mínima de revestimento betuminoso que depende do número N)
b)Determinação de H40 e H6 (figura 13 – Espessura Total do Pavimento)
Os índices 40 e 6 indicam o Índice de Suporte Califórnia de cada camada. Porém, não
se tem no gráfico isc>20%, logo, usa-se isc=20%, assim se terá H20 que equivalerá ao
H40 do exemplo.
Assim: H20 = 30 cm e H6 = 65 cm.
c)Como N>10¦, ao se utilizar a inequação, deve-se usar um fator de segurança de 1,2
multiplicando a espessura de proteção da sub-base. Tem-se:
R x KR + B x K B ≥ H20 x 1,2 → 12,5 x 2,0 + B x 1,0 ≥ 30 x 1,2
B ≥ 11 cm → B = 15 cm (Espessura mínima exigida pelo DNIT)
R x KR + B x K B + h20 x K SB ≥ H6 → 12,5 x 2,0 + 15 x 1,0 + h20 x 1,0 ≥ 65
h20 ≥ 25 cm
Onde K é o coeficiente de equivalência estrutural ( 1,0 ≤ K ≤ 2,0)
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2ª Solução: Adotar base B = 20 cm
R = 12,5 cm
12,5 x 2,0 + 20 x 1,0 + h20 x 1,0 ≥ 65 → h20 ≥ 20 cm
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3ª Solução: Se adotar R = 15 cm
15 x 2,0 + B x 1,0 ≥ 30 x 2,0 → B ≥ 6 cm → B = 15 cm (mínimo exigido DNIT)
15 x 2,0 + 15 x 1,0 + h20 x 1,0 ≥ 65 → h20 ≥ 20 cm
4ª Solução: Se houver possibilidade de material para Reforço do Sub-Leito com
isc=12%
H12 = 42 cm → 12,5 x 2,0 + B x 1,0 ≥ 30 x 1,2 → B ≥ 11 → B = 15 cm
12,5 x 2,0 + B x 1,0 + h20 x 1,0 ≥ 42 → h20 ≥ 2 cm → h20 = 15 cm
12,5 x 2,0 + B x 1,0 + h20 x 1,0 + href x 1,0 ≥ 65
href ≥ 10 cm → href = 15 cm
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Capítulo 3
BASES E SUB-BASES FLEXÍVEIS
3.1 - Terminologia das bases
As Bases podem ser agrupadas segundo a seguinte classificação:
Rígidas
Concreto de cimento
Concreto Compactado com Rolo (CCR)
Macadame cimentado
Semi-rígidos
Solo-cimento - solo melhorado com cimento
Solo-cal - solo melhorado com cal
Base Granular Tratada com Cimento (BGTC)
Pela correção granulométrica
Com adição de ligantes betuminosos
Com adição de sais minerais
Com adição de resinas
Solos estabilizados
Flexíveis
Brita graduada
Solo-brita
Macadame hidráulico
Macadame betuminoso
Alvenaria poliédrica
Paralelepípedo
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a) Base de Concreto de Cimento
Executada através da construção de placas de concreto, separadas por juntas
transversais e longitudinais. O concreto é lançado e depois vibrado por meio de placas
vibratórias e/ou vibradores especiais. Em um pavimento rígido esta camada tem as
funções de base e revestimento e será estudada no capítulo sobre pavimentos rígidos.
b) Concreto Compactado com Rolo (CCR)
Concreto com baixo consumo de cimento, consistência seca e trabalhabilidade que
permite o adensamento por rolos compressores. Suas principais vantagens são:
– Baixo consumo de cimento
– Pouco material fino
– Transporte por betoneira ou caminhão basculante (produção próxima à obra)
– Especificado pela resistência à tração na flexão ou compressão
– Consistência seca
– Adensado com rolo compressor
c) Macadame Cimentado
Uma camada de brita é espalhada sobre a pista e sujeita a uma compressão, com o
objetivo de diminuir o número de vazios, tornando a estrutura mais estável. Logo após
é lançada uma argamassa de cimento e areia que penetra nos espaços vazios ainda
existentes. O produto assim formado tem característica de um concreto pobre.
d) Solo-Cimento
É uma mistura de solo, cimento Portland e água, devidamente compactada, resultando
um material duro, cimentado e de elevada rigidez à flexão. A porcentagem de cimento
varia de 5 a 13% e depende do tipo de solo utilizado. Solos argilosos exigem
porcentagens maiores de cimento. O resultado da dosagem é a definição da
quantidade de solo, cimento e água de modo que a mistura apresente características
adequadas de resistência e durabilidade. A dosagem requer a realização de alguns
ensaios de laboratório, sendo a resistência à compressão axial o parâmetro mais
utilizado. Será estudado no capítulo sobre estabilização dos solos para fins de
pavimentação.
A figura 15 mostra a preparação de um trecho em solo-cimento .
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Figura 15 – Trecho executado em solo-cimento
e) Base Granular Tratada com Cimento (BGTC)
É uma mistura de agregados minerais, cimento Portland e água. Tem procedimento
de mistura e execução semelhante ao solo -cimento. A mistura de agregados é
constituída de produtos de britagem e areias, muito semelhante a uma brita
graduada. O teor de cimento é menor que de um solo-cimento por se tratar de
mistura granular. Normalmente a água é incorporada aos agregados na própria
usina de mistura, podendo também ser incorporada na própria pista. A compactação
é feita mediante rolagem com vibração.
f) Solo Melhorado com Cimento
Mistura de solo e pequena quantidade de cimento objetivando causar ao material
natural uma modificação de suas características de plasticidade (reduzindo o IP) e
também promover um ganho de resistência mecânica. Outra modificação que importa
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ao solo é a alteração da sensibilidade à água, sem causar necessariamente uma
cimentação acentuada. A porcentagem de cimento varia de 1 a 5% e o ensaio mais
empregado para a definição da qualidade da mistura é o CBR. As bases feitas dessa
forma são consideradas flexíveis.
g) Solo-Cal:
É uma mistura de solo, cal e água. Também pode ser acrescido a esta mistura uma
pozolana artificial, chamada fly-ash, que é uma cinza volante. Geralmente, solos de
granulometria que reagem com a cal, proporcionando trocas catiônicas, floculações,
aglomerações, produzem ganhos na trabalhabilidade, plasticidade e propriedades de
caráter expansivo. Estes fenômenos processam-se rapidamente e produzem
alterações imediatas na resistência ao cisalhamento das misturas. As reações
pozolânicas resultam na formação de vários compostos cimentantes que aumentam a
resistência e a durabilidade da mistura. A carbonatação é uma cimentação fraca.
h) Solo Melhorado com Cal
É a mesma idéia do solo -cal, porém neste caso há predominância dos fenômenos que
produzem modificações do solo, no que se refere à sua plasticidade e sensibilidade à
água, não oferecendo à mistura características acentuadas de resistência e
durabilidade. As bases feitas desta maneira são consideradas flexíveis.
i) Solo Estabilizado por Correção Granulométrica:
Também chamada de “estabilização granulométrica”, “estabilização por compactarão”
ou “estabilização mecânica”. São executadas pela compactação de um material ou de
misturas apropriadas de materiais que apresentam granulometria deferente e que são
associados de modo a atender uma especificação qualquer. É o processo mais
utilizado no pais.
Quando o solo natural não apresenta alguma característica essencial para
determinado fim de engenharia, é usual melhorá-lo através da mistura com outros que
possibilitem a obtenção de um produto com propriedades de resistência adequadas.
j) Solo Estabilizado com Adição de Ligantes Betuminosos
É uma mistura de solo, água e material betuminoso. A modalidade solo-betume
engloba mistura de materiais betuminosos e solos argilo-siltosos e argilo-arenosos. A
presença do material betuminoso vai garantir a constância do teor de umidade da
compactação na mistura, propiciando também uma impermeabilização no material. A
obturação dos vazios do solo dificulta a ação de água capilar devido à criação de uma
película hidrorrepelente que envolve aglomerados de partículas finas.
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Nas chamada “areia betume” a função do material betuminoso é gerar força de
natureza coesiva, uma vez que as areias não possuem estas características. Também
encontramos designações como Solo-alcatrão e Solo-asfalto.
k) Solo Estabilizado com Adição de Sais Minerais
Assim como o cimento, a cal e o betume, a adição de sais minerais faz parte dos
estudos de estabilização química. O cloreto de sódio e o de cálcio podem ser
misturados ao solo com o objetivo de modificar alguns índices físicos, melhorando
suas características resistentes. No Brasil é utilizado o cimento com uma proporção de
até 5% , conforme visto anteriormente.
l) Solo Estabilizado com Adição de Resinas
Nestes casos é adicionada ao solo uma resina para fazer a função de material ligante.
Como exemplo pode-se citar a lignina que é proveniente da madeira, utilizada na
fabricação do papel. A utilização de resinas, assim como de sais minerais para fins de
estabilização são de pouco uso no Brasil.
m) Brita Graduada
Também chamada de brita corrida. É uma mistura de brita, pó de pedra e água. São
utilizados exclusivamente produtos de britagem que vem preparado da usina (figura
16). Este tipo de material substituiu o macadame hidráulico.
Também encontramos a designação “bica corrida” que é uma graduação da brita
corrida, porém todo o material proveniente da britagem é passado através de uma
peneira com malha de um diâmetro máximo, sem graduação uniforme.
Figura 16 – Foto de uma pedreira em atividade produzindo materiais para
execuç ão de base de brita graduada
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n) Solo Brita
É uma mistura de material natural e pedra britada. Usado quando o solo disponível
(geralmente areno -argiloso) apresenta deficiência de agregado graúdo (retido na #
10). A pedra britada entra na mistura para suprir esta deficiência, aumentando as
características de resistência do material natural. (figura 17)
Figura 17 – Preparação e execução de Trecho em solo-brita
o) Macadame Hidráulico
Sua execução consiste no espalhamento de uma camada de brita de graduação
aberta que é compactada para a redução dos espaços vazios. Em seguida espalha-se
uma camada de pó de pedra sobre esta camada com a finalidade de promover o
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preenchimento dos espaços vazios deixados pela brita. Para facilitar a penetração do
material de preenchimento, molha-se o pó de pedra (também pode ser usado solo de
granulometria e plasticidade apropriado) e promove-se outra compactação. Esta
operação é repetida até todos os vazios serem preenchidos pelo pó de pedra.
Este tipo de procedimento foi substituído pela pedra britada, que já vem preparada da
usina. (figura 18).
Figura 18 – Execução de trecho em macadame hidráulico
p) Macadame Betuminoso
O macadame betuminoso por penetração consiste do espalhamento do agregado, de
tamanho e quantidades especificadas, nivelamento e compactação. Em seguida é
espalhado o material betuminoso que penetra nos vazios da agregado,
desempenhando a função de ligante. Todas estas operações são executadas na
própria pista.
A base feita por meio de macadame betuminoso é chamada de “base negra” e será
vista no capítulo sobre revestimentos.
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q) Alvenaria Poliédrica ou Paralelepípedo
São pedras irregulares ou paralelepípedos assentados num colchão de areia sobre
uma sub-base. Podem funcionar como base, quando um outro revestimento é usado
sobre sua superfície. Também são usados como revestimento final, desempenhando,
as funções de revestimentos.
3.2 - Construção das camadas do pavimento
3.2.1 – Operações preliminares
a ) Regularização do sub-leito
São operações de corte ou aterro para conformar transversal e longitudinalmente a
estrada. Engloba pista e acostamento com movimentos de terra máximo de 20 cm de
espessura.
Os principais serviços a serem executados são a busca da umidade ótima e a
compactação até atingir 100% de densidade aparente máxima seca.
b) Reforço do sub-leito
O reforço do sub-leito é executado sobre o sub-leito regularizado. As características do
material a ser utilizado devem ser superiores ao do subleito e largura de execução
desta camada é igual à da regularização ou seja ( pista + acostamento ).
3.2.2 - Operação de construção de sub-bases e bases
As operações aqui descritas podem ser aplicadas para construção de sub-bases e
bases estabilizadas granulometricamente, solo-brita, brita graduada, havendo alguns
pequenos detalhes que diferem para cada caso em particular.
As bases em cimentadas (solo-cimento, BGTC, CCR) serão consideradas
separadamente
a) Escavação, carga e descarga
Os tratores produzem o material na jazida e armazenam numa praça. As carregadeiras
retiram o material da praça e carregam os caminhões. Estes últimos transportam o
material da jazida até a pista, descarregando em pilhas.
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b) Empilhamento
Ao descarregar o material na pista, os caminhões formam pilhas.
c) Mistura e espalhamento
Mistura
No caso de haver 2 ou mais materiais a serem utilizados, procede-se a mistura antes
do espalhamento. A mistura pode ser feita com o emprego de:
- Máquinas agrícolas e motoniveladora (Patrol)
- Máquinas móveis: equipamento pulvimisturador (pulvimix) ou usina móvel
- Máquinas estacionárias ou usinas fixas.
Espalhamento
É feito com o emprego de motoniveladora. A espessura solta do material a ser
espalhado pode ser calculada, sendo função da espessura da camada acabada (Figura
19)
γ = M/V → M = γ .V
Ms = Mc
γs . (1 x 1 x es) = γc . (1 x 1 x ec)
γc
es = × ec
γs
Onde:
Ms → Massa solta
Mc → Massa compactada
ec → Espessura compactada (normalmente é a de projeto + 1 cm para raspagem )
es → Espessura solta
γ c → Densidade compactada (de laboratório γ máx)
γ s → Densidade solta: determina-se o peso de um volume conhecido.
O controle da espessura durante o espalhamento e feito através de linhas e estacas.
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Figura 19 – Esquema de Espalhamento de Material na Pista
Para o caso de dois ou mais materiais (mistura) a espessura solta pode ser calculada
da seguinte forma:
M M = ec M × γc M
M1 =
(1)
X
× MM
100
(2)
M2 =
(1) ⇒ (2)
Y
×MM
100
M1 = X / 100 x ec M x γc M ⇒ esM1 x γsM1 = X / 100 x ecM x γc M
M2 = Y / 100 x ec M x γc M ⇒ esM2 x γsM2 = Y / 100 x ecM x γc M
Então :
X
γc
× ecM × M
100
γs M 1
Y
γc
=
× ecM × M
100
γs M 2
es M 1 =
es M 2
O volume de material solto (Vs) a ser importado para a pista é calculado da seguinte
maneira:
Vs = es x L ?
xE
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Onde : E → extensão do trecho
L → largura da pista
es → espessura solta
O número de viagens necessárias (N) para transportar o material para a pista é assim
determinado:
N = Vs / q
Onde q = capacidade de cada caminhão .
O espaçamento das pilhas (d) (Figura 20) é determinado da seguinte maneira:
d=E/N
Figura 20 – Esquema do Espalhamento de Pilhas
As operações de mistura e espalhamento podem ser executadas por Pulvimisturadoras
e Usinas Móveis onde os materiais empilhados são carregados, pulverizados,
misturados e espalhados diretamente na estrada, na espessura solta desejada. A figura
05 mostra um esquema destas operações.
Também podem ser utilizadas Usinas Fixas, onde as misturas de materiais, as
proporções corretas, a granulometria, a adição de água e aditivo são controladas e
permitem a produção de volumes maiores de materiais misturados.
d) Pulverização
Esta operação normalmente é utilizada em materiais de natureza coesiva. Podem ser
usados escarificadores, grades de disco, arados, ou mesmo uma pulvimix.
As funções principais da pulverização são:
- destorroar o material sem promover quebra de partículas.
- Mistura de água ou aditivo ao solo (solo cimento).
- Fazer aeração do solo quando a hcampo encontra-se acima da hot
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e) Umidificação ou secagem
Operação feita por caminhão pipa munidos de bombas para enchimento. Se o
caminhão for munido de distribuidor de água de pressão, pode-se calcular a quantidade
de água a ser misturada ao solo para deixa-lo na condição de hot.
Se o caminhão for munido de distribuidor de água por gravidade, a umidificação é feita
por tentativas. Pode-se usar também a pulvimisturadora para misturar água ao solo. O
controle da umidade na pista normalmente é feita pelo método do Speedy ou frigideira.
Após a distribuição da água, em várias passadas, pelo caminhão pipa, a
homogeneização da mistura é feita com grade de disco ou motoniveladora (Patrol).
f) Compactação no campo
A aplicação de energia no campo pode ser feita utilizando-se os seguintes meios:
Por pressão ou rolagem:
São utilizados vários tipos de rolos, onde o princípio básico é: p = P / A
Onde : P → peso do equipamento
A → área de contato
p → pressão de compactação
Rolo Liso:
- para solos granulares
- para acabamento
Rolo Pneumático (pressão variável):
- pneu vazio⇒ maior área : menor pressão
- pneu cheio ⇒menor área : maior pressão
Rolo Pé de Carneiro:
- para solos argilosos
- compacta de baixo para cima
Por impacto ou percussão:
São utilizados bate-estacas, martelos automáticos ou sapos mecânico. Usados em
locais de difícil acesso: perto de edifícios, valetas, ruas, calçadas.
Por vibração:
São considerados por vibração quando os impactos impostos pelo equipamento são
maiores que 500 r.p.m (1500 e 2000 r.p.m). A vantagem deste tipo de compactação é a
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possibilidade de compactação de espessuras maiores devido ao efeito das ondas de
propagação de energia. A grande desvantagem é a possibilidade de se causar danos
ao equipamento quando se compacta um solo já compactado. São utilizados os
seguintes rolos:
- Rolo Liso vibratório
- Rolo Pé-de-carneiro vibratório
- Placas vibratórias
A execução da compactação deve ser conduzida de forma adequada, observando-se o
formato da superfície a ser compactada:
- Trechos em tangente a compactação deve ser feita dos bordos para o eixo. Este
procedimento é justificado pelo acúmulo de material que se dará no centro da pista.
- Nos trechos em curva a compactação deve ser feita do bordo interno para externo .
O controle da compactação é feito em duas etapas:
Ao se iniciar um serviço de compactação, controla-se preliminarmente o número de
passadas, a espessura das camadas e o teor de umidade (método de campo). Ao se
definir estes parâmetros experimentalmente passa-se a controlar o grau de
compactação (GC).
O grau de compactação é encontrado através da seguinte relação:
GC = γd campo x 100% ⇒ (método do frasco de areia é o mais usado)
γd max
Este controle é feito, normalmente de 100 em 100m, alternando-se o local de
verificação, ou seja, o controle é feito na sequência: bordo direito, eixo, bordo
esquerdo, eixo, bordo direito, ...
Quando o GC encontrado é menor que o especificado (p.e GC < 100%), deve -se abrir
todo o trecho compactado, escarificando-o, e repetindo-se todas as operações de
compactação novamente.
A espessura de compactação mínima é de 10cm e a máxima é de 20cm.
O teor de umidade deve ser controlado de 100 em 100m, tolerando-se uma variação de
± 2% em relação ao valor da umidade ótima do solo.
g) Controles
Controle tecnológico (Recomendações do DNIT)
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⇒ Para regularização e reforço do sub-leito
Ensaios de caracterização : de 250 em 250m ou 2 ensaios por dia .
ISC ou CBR : de 500 em 500m ou 1 ensaio para cada 2 dias.
GC : de 100 em 100m ( massa esp. aparente in situ )
⇒ Para sub-base e base :
Ensaios de caracterização : de 150 em 150 m
CBR : de 300 em 300 m
GC : de 100 em 100 m
EA : de 100 em 100 m . Se LL > 25 e/ou IP > G ( base)
Controles Geométricos (Recomendações do DNIT)
⇒ Para regularização e reforço do sub-leito
+ 3 cm em relação às cotas do projeto
+ 10 cm em relação à largura da plataforma
até 20% na flecha de de abaulamento
⇒ Para sub -base e base
+ 2 cm em relação às costas de projeto
idem anterior
idem anterior
Aceitação ( Análise Estatística)
Os parâmetros especificados para as variadas fases da construção de sub-bases e
bases (granulometria, LL, IP, CBR, GC, etc) devem ser submetidos a uma análise
estatística para aceitação.
Os valores máximos e mínimos decorrentes da amostragem a serem confrontados com
os valores especificados serão calculados pelas fórmulas de controle estatístico
recomendadas pelo contratante.
h) Acabamento
São feitos os ajustes finais, com pequenos serviços de acabamento, limpeza,
correções da seção transversal, varredura, etc.
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Capítulo 4
ESTABILIZAÇÃO DOS SOLOS PARA FINS DE
PAVIMENTAÇÃO
4.1 - Conceito de estabilização para rodovias e aeroportos
Estabilizar um solo significa conferir-lhe a capacidade de resistir e suportar as cargas e
os esforços induzidos pelo tráfego normalmente aplicados sobre o pavimento e
também às ações erosivas de agentes naturais sob as condições mais adversas de
solicitação consideradas no projeto.
4.2 - Objetivo
Compreende todos os processos naturais e artificiais aplicados aos solos, objetivando
melhorar suas características de resistência mecânica, bem como garantir a constância
destas melhorias no tempo de vida útil das obras de engenharia.
4.3 - Importância
O domínio das técnicas de estabilização pode conduzir a sensíveis reduções nos
tempos de execução das obras, viabilizando a industrialização do processo construtivo,
propiciando uma economia substancial para o empreendimento.
4.4 - Estudos e análises
Essencialmente, a estabilização de um solo consiste de um estudo da resistência do
solo e da suplementação necessária desta resistência. Baseado neste estudo é
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escolhido um método qualquer para a suplementação da resistência, e isto é feito
segundo análises econômicas e técnicas do problema em questão.
4.5 - Métodos de estabilização
Devido às disparidades e semelhanças nos processos e mecanismos utilizados para a
estabilização de solos, adota -se a natureza da energia transmitida ao solo como um
critério para a classificação dos métodos de estabilização. Desta forma podem ser
citados os seguintes tipos de estabilização: mecânica, granulométrica, química,
elétrica e térmica.
Além destes, tem surgido nos últimos tempos, uma grande variedade de outros
métodos e processos construtivos que visam oferecer ao solo, características de
resistência e melhoria de suas qualidades naturais e que podem ser classificados como
Métodos especiais de estabilização:
Solos Reforçados com Geossintéticos; Solo pregado; Colunas Solo-Cal; Colunas SoloBrita; Compactação Dinâmica; Jet Grounting; Compaction Grounting; Drenos Verticais
de Areia; Micro Estacas; Estabilização Via Fenômenos de Condução em Solos.
A Estabilização Mecânica visa dar ao solo (ou mistura de solos) a ser usado como
camada do pavimento uma condição de densificação máxima relacionada a uma
energia de compactação e a uma umidade ótima. Também conhecida como
estabilização por compactação. É um método que sempre é utilizado na execução das
camadas do pavimento, sendo complementar a outros métodos de estabilização.
A Estabilização Granulométrica consiste da alteração das propriedades dos solos
através da adição ou retirada de partículas de solo. Este método consiste,
basicamente, no emprego de um material ou na mistura de dois ou mais materiais, de
modo a se enquadrarem dentro de uma determinada especificação. Também é
chamada de Estabilização Granulométrica.
A Estabilização Química quando utilizada para solos granulares visa principalmente
melhorar sua resistência ao cisalhamento (causado pelo atrito produzido pelos contatos
das superfícies das partículas) por meio de adição de pequenas quantidades de
ligantes nos pontos de contato dos grãos. Os ligantes mais utilizados são o Cimento
Portland, Cal, Pozolanas, materiais betuminosos, resinas, etc.
Nos solos argilosos (coesivos) encontramos estruturas floculadas e dispersas que são
mais sensíveis a presença de água, influenciando a resistência ao cisalhamento. É
comum a adição de agentes químicos que provoquem a dispersão ou floculação das
partículas ou uma substituição prévia de cátions inorgânicos por cátions orgânicos
hidrorrepelentes seguida de uma adição de cimentos.
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A Estabilização Elétrica consiste na passagem de uma corrente elétrica pelo solo a
estabilizar. As descargas sucessivas de alta tensão são usadas no adensamento de
solos arenosos saturados e as de baixa tensão contínua são usadas em solos argilosos
empregando os fenômenos de eletrosmose, eletroforese e consolidação eletroquímica.
Não tem sido utilizada em pavimentos.
A Estabilização Térmica é feita através do emprego da energia térmica por meio de
congelamento, aquecimento ou termosmose. A solução do congelamento normalmente
é temporária, alterando-se a textura do solo. O aquecimento busca rearranjos na rede
cristalina dos minerais constituintes do solo. A termosmose é uma técnica de drenagem
onde se promove a difusão de um fluido em um meio poroso pela ação de gradientes
de temperatura. Também não é utilizada em pavimentos.
4.6 - Estabilização solo-cimento
“Solo-cimento é o produto endurecido resultante da mistura íntima compactada de solo,
cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem racional, executada
de acordo com as normas aplicáveis ao solo em estudo”.
No Brasil, o solo cimento passou a ser utilizado a partir de 1940 na área de
pavimentação. e em 1948 já havia aplicação na construção de paredes de solocimento.
Mais de meio século de experiência brasileira com a tecnologia do solo-cimento
possibilitaram o aparecimento de variadas aplicações dentro das obras de engenharia
como: Pavimentação de ruas e estradas; passeios para pedestres; quadras esportivas;
revestimento de barragens; silo -trincheira; terreiros de café; obras de contenção;
canalização e proteção de pontes; habitação (tijolos, blocos, lajotas, paredes
monolíticas, fundações e pisos).
4.6.1 - Tipos de misturas de solos tratados com cimento
Toda mistura envolvendo solo e qualquer teor de cimento tem sido erroneamente
chamado de mistura solo -cimento. Existem três diferentes tipos de misturas de solo
estabilizado com cimento, sendo o solo -cimento, apenas uma delas:
a) Mistura de solo-cimento
Produto obtido pela compactação e cura de uma mistura íntima de solo, cimento e
água, de modo a satisfazer a critérios de estabilidade e durabilidade exigidos.
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b) Solo melhorado com cimento (modificado com cimento)
Quando um solo mostrar-se economicamente inviável de ser estabilizado com cimento,
ainda poderá ser utilizado para fins de pavimentação através da adição de pequenas
quantidades de cimento (1 a 5%), que visam modificar algumas de suas propriedades
físicas, por exemplo, baixar o índice de plasticidade através do aumento do LP e da
diminuição do LL ou diminuir as mudanças de volume e inchamento do solo.
c) Solo-cimento plástico
Material endurecido formado pela cura de uma mistura íntima de solo, cimento e
quantidade suficiente de água para produzir uma consistência de argamassa. A
quantidade de água no solo-cimento é apenas para permitir uma boa compactação e
completa hidratação do cimento. No solo-cimento plástico a quantidade de cimento é
aproximadamente 4% a mais para satisfazer os critérios de durabilidade e estabilidade
exigidos e também devido a maior quantidade de água necessária para deixar a
mistura na consistência de argamassa.
4.6.2 - Mecanismos de reação da mistura solo-cimento
O processo de estabilização do solo com o cimento ocorre a partir do desenvolvimento
das reações químicas que são geradas na hidratação do cimento (mistura do cimento
com água). A partir daí, desenvolvem-se vínculos químicos entre as superfícies dos
grãos do cimento e as partículas de solo que estão em contato com o mesmo.
Sendo assim, durante o processo de estabilização do solo com cimento, ocorrem dois
tipos de reações: as reações de hidratação do cimento Portland e as reações entre os
argilominerais e a cal liberada na hidratação do cimento ( C3S, β-C2S, C3A, C4AF +
H2O). Estas reações podem ser exemplificadas da seguinte forma:
a) Reações de hidratação do cimento
C3S + H 2O → C3S2Hx (gel hidratado) + Ca(OH)2
Ca(OH)2 → Ca++ + 2(OH)Se o PH da mistura abaixar: C3S2Hx → CSH + Cal
b) Reações entre a cal gerada na hidratação e os argilominerais do solo:
Ca++ + 2(OH)- + SiO2 (Sílica do solo) → CSH
Ca++ + 2(OH)- + Al2 O3 (Alumina do solo) → CAH
As últimas reações são chamadas pozolânicas e ocorrem em velocidade mais lenta. O
CSH é um composto cimentante semelhante ao C 3S2Hx.
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Nos solos granulares desenvolvem-se vínculos de coesão nos pontos de contato entre
os grãos (semelhante ao concreto, porém o ligante não preenche todos os espaços).
Nos solos argilosos a ação da cal gerada sobre a sílica e alumina do solo resulta o
aparecimento de fortes pontos entre as partículas de solo.
Surge então a seguinte questão: Por que os solos granulares respondem melhor à
estabilização com cimento? Porque nos solos argilosos a reação da cal gerada na
hidratação e os argilominerais ocasionam uma queda no PH da mistura, afetando a
hidratação e o endurecimento do cimento. Se o PH abaixar, o composto C3S2Hx reage
novamente formando CSH e cal. Como o C3S2Hx é responsável pela maior parte da
resistência da mistura solo-cimento, o aparecimento do CSH é indesejável quando
provém deste composto, sendo benéfico apenas quando origina -se das reações da cal
com os argilominerais. Portanto as reações de hidratação do cimento são as mais
importantes e respondem pela maior parte da resistência final alcançada para a
mistura. Nos solos argilosos a resistência devido às reações pozolânicas se dão às
custas de um decréscimo de contribuição da matriz cimentante.
4.6.3 - Fatores que influenciam na estabilização solo-cimento
Por envolver aspectos físico-químicos tanto do cimento quanto do solo, este tipo de
estabilização é influenciada por inúmeros fatores:
a) Tipo de solo
Todo solo pode ser estabilizado com cimento, porém os solos arenosos (granulares)
são mais eficientes que os argilosos por exigirem baixos teores de cimento.
b) Presença no solo de materiais nocivos ao cimento
A presença de matéria orgânica no solo afeta a hidratação do cimento devido à
absorção dos ions de cálcio gerado, resultando uma queda no PH da mistura.
Os sulfatos geralmente encontrados nas águas do solo combinam com o aluminato
tricálcico do cimento hidratado formando o sulfo-aluminato de cálcio (sal de Candlot)
que ocupa grande volume, provocando quebra de ligações cimentícias.
c) Teor de cimento
A resistência da mistura solo-cimento aumenta linearmente com o teor de cimento,
para um mesmo tipo de solo. O teor de cimento depende do tipo de solo, quanto maior
a porcentagem de silte e argila, maior será o teor de cimento exigido. Para alcançar o
valor ideal do teor de cimento para um tipo de solo, deve -se recorrer aos
procedimentos de dosagem.
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d) Teor de umidade da mistura
Assim como nos solos naturais, as misturas solo-cimento exigirão um teor de umidade
que conduza a uma massa específica seca máxima, para uma dada energia de
compactação. O acréscimo de cimento ao solo tende a produzir um acréscimo no teor
de umidade e um decréscimo na massa específica seca máxima, devido a ação
floculante do cimento. O teor de umidade ótimo que conduz à máxima massa
específica seca não é necessariamente o mesmo para a máxima resistência. Este
último está localizado no ramo seco para os solos arenosos e no ramo úmido para os
solos argilosos.
e) Operações de mistura e compactação
A demora de mais de duas horas entre a mistura e a compactação pode trazer
significantes decréscimos tanto na massa específica seca máxima quanto na
resistência do produto final.
O decréscimo na massa específica seca máxima é causado pelo aumento do PH da
água quando esta entra em contato com o cimento, causando floculação das partículas
de argila. Se o tempo mistura-compactação for grande, são produzidos grandes
quantidades de argila floculada, que irá absorver da compactação. Recomenda-se que
a compactação deva iniciar-se logo após a mistura e complementada dentro de duas
horas.
f) Tempo e condições de cura
Como no concreto, a mistura solo -cimento ganha resistência por processo de
cimentação das partículas durante vários meses ou anos, sendo maior até os 28 dias
iniciais. Neste período deve ser garantido um teor de umidade adequado à mistura
compactada.
Diferente do concreto, a temperatura de cura deve ser elevada para propiciar elevadas
resistências. Durante as reações pozolânicas, a temperatura tende a elevar-se. Nos
países de clima quente pode-se empregar um teor de cimento menor para atingir a
mesma resistência à compressão que seria alcançada em um pais de clima frio.
4.6.4 – A dosagem do solo-cimento
Solo-cimento é o produto endurecido resultante da mistura íntima compactada de solo,
cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem racional, executada
de acordo com as normas aplicáveis ao solo em estudo. (ABCP, 1986)
Dosagem de solo-cimento é a seqüência de ensaios realizados com uma mistura de
solo, cimento e água, seguida de interpretação dos resultados por meio de critérios
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preestabelecidos, sendo o resultado final, a fixação das três varáveis citadas (ABCP,
1986).
Em 1935, a Portland Cement Association (PCA) fez as primeiras tentativas para criação
de normas para a mistura solo-cimento. Em 1944 e 1945 a ASTM e AASHO,
respectivamente, adotaram o método de dosagem idealizado pela PCA.
Aqui no Brasil, já em 1941, a ABCP publicou métodos análogos que constavam
procedimentos análogos ao da PCA. Em 1962, foram feitas algumas modificações
(simplificações) na Norma Geral de Dosagem do Solo-Cimento, dando origem à
chamada Norma Simplificada de Dosagem Solo-Cimento.
Em 1990, após ter sido estudada e aprovada pela comissão de estudos da ABCP
(Associação Brasileira de Normas Técnicas), surgiu a nova norma de dosagem de
mistura solo-cimento que recebeu o número de registro NB 01336, designada “Solocimento - dosagem para emprego como camada de pavimento (NBR 12253).
As normas brasileiras baseiam-se nos métodos de dosagem da Portland Cement
Association (PCA) e na comprovação dos resultados de um grande número de obras
executadas e em uso, com uma enorme variedade de solos, desde 1939.
Serão mostrados aqui, os procedimentos para dosagens de mistura solo-cimento pela
nova norma (NBR 12253) assim como breve resumo das antigas “Norma geral” e
“Norma Simplificada”.
Breve resumo da norma geral de dosagem solo-cimento
A dosagem de uma mistura solo-cimento pode ser considerada como experimental,
onde diferentes teores de cimento são empregados nos ensaios e a análise dos
resultados indica o menor deles capaz de estabilizar o solo sob a forma de solocimento.
Como resumo das principais operações pode-se citar:
a) Identificação e classificação do solo
b) Escolha do teor de cimento para ensaio de compactação
c) Execução do ensaio de compactação do solo-cimento
d) Escolha dos teores de cimento para o ensaio de durabilidade
e) Moldagem do corpo de prova para o ensaio de durabilidade
f) Execução do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem
g) Escolha do teor de cimento adequado em função dos resultados do ensaio
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Breve resumo da norma simplificada de dosagem do solo-cimento
A duração do ensaio de durabilidade por molhagem e secagem pode ser apontada
como a maior desvantagem da aplicação da norma geral para uma dosagem de solocimento. Procurou-se então uma correlação entre o ensaio de durabilidade e outro
ensaio mais simples.
A PCA (Portland Cement Association), baseada em análises estatísticas dos resultados
de ensaios de durabilidade e ensaios de compressão simples aos 7 dias criou a norma
simplificada de dosagem solo-cimento. Esta análise foi baseada em amostras de 2438
solos arenosos. (ABCP, 1986)
O fundamento do método foi extraído dos resultados desta série de resultados, onde foi
constatado que um solo arenoso, com determinada granulometria e massa específica
aparente máxima seca, requererá o mesmo teor de cimento indicado pelo ensaio de
durabilidade se alcançar uma resistência à compressão aos 7 dias superior a um
determinado valor especificado.
Aplicação da Norma Simplificada
Esta norma simplificada só é aplicável a solos que satisfaçam ao mesmo tempo às
seguintes condições:
- Possuir no máx. 50% de material com diâmetro médio menor que 0,05mm (Silte +
Argila).
- Possuir no máx. 20% de material com diâmetro médio menor que 0,005mm (Argila).
Métodos Empregados
- Método A: Usado quando toda amostra original passar na peneira de 4,8mm.
- Método B: Usado quando parte da amostra original de solo ficar retida na peneira
4,8mm (material passante na peneira 19mm).
Sequência de Dosagem
a) Ensaios preliminares de solo
b) Ensaio de compactação do solo-cimento (hot e γd max)
c) Determinação da resistência à compressão simples aos 7 dias
d) Comparação entre a resistência à compressão simples média obtida e a
resistência à compressão simples admissível para o solo em estudo.
4.6.5 - A nova norma de dosagem solo-cimento (NBR 12253)
Baseado na experiência brasileira adquirida ao longo dos anos, o uso dos solos a
serem utilizados nas bases e sub -bases de solo-cimento restringiu-se aos tipos A1, A2,
A3 e A4. Desta forma os solos siltosos e argilosos foram descartados devido a
dificuldades do processo de execução.
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Todo tipo de solo pode, a princípio, ser estabilizado com cimento, porém os solos finos
requerem teores elevados de cimento, tornando-se assim inadequados para fins de
estabilização devido ao fator econômico.
Devido a esta limitação da utilização dos solos finos para a estabilização solo-cimento,
eliminou-se também o ensaio de durabilidade por molhagem e secagem. Surgiu daí a
necessidade de criação de um novo procedimento de dosagem mais preciso.
(Nascimento, 1991).
Procedimentos de dosagem
a) Ensaios preliminares do solo:
Visando sua identificação e classificação, utiliza-se a classificação HRB e somente os
solos tipo A1, A2, A3 e A4 são estudados para a mistura solo-cimento, descartando-se
assim os solos argilosos e siltosos.
b) Escolha do teor de cimento para ensaio de compactação
É baseado no quadro a seguir. Este quadro foi retirado da Norma Geral de dosagem e
pode ser usado quando não se tenham experiências anteriores com o solo em questão.
Classificação do solo
A1-a
A1-b
A2
A3
A4
Teor de Cimento.
Sugerido em Massa ( % )
5
6
7
9
10
c) Execução do ensaio de compactação
Feito para obtenção de hot e γdmax para o teor de cimento indicado.
d) Determinação do teor de cimento para ensaio de compressão simples.
Para solos que apresentam 100% de material passante na peneira de 4.8 mm utilizar a
Figura 21 a seguir. Para solos que apresentam até 45% de material retido na peneira
de 4.8 mm utilizar a Figura 22 a seguir.
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Figura 21 - Teor de Cimento em Massa Indicado
Figura 22 - Teor de Cimento em Massa Indicado
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e) Moldagem de 3 corpos de prova (no mínimo) para o teor de cimento
selecionado
Para execução do ensaio de compressão simples. Podem ser moldados corpos-deprova com um ou mais teores de cimento. Após a moldagem os corpos de prova
devem ser submetidos ao período de cura.
f) Execução do ensaio de compressão simples (MB 03361 - NBR 12025)
g) Resultado da dosagem.
Após a execução dos ensaios de compressão simples, calcula -se a média aritmética
das resistências à compressão simples correspondentes a um mesmo teor de cimento.
Não considerar os corpos de prova cuja resistência à compressão se afaste mais de
10% da média calculada. O número de corpos de prova mínimo para cálculo da média
é dois.
O teor de cimento a ser adotado, capaz de estabilizar uma camada de pavimento
através de uma mistura solo-cimento, será o menor dos teores que forneça resistência
média à compressão simples aos 7 dias igual ou superior a 2.1 Mpa ( 2100 Kpa ).
O valor de 2.1 Mpa foi fixado por ser um número já consagrado no meio rodoviário
devido ao bom desempenho dos pavimentos conseguido com solos estudados com
este valor de resistência.
Para a determinação do teor de cimento a ser adotado é permitida a interpolação dos
dados de modo a indicar o valor mínimo de resistência à compressão média
especificado de 2.1 Mpa. A extrapolação de dados não é permitida.
O teor mínimo recomendado pela norma é de 5%. Para se transformar o traço obtido
em peso (% massa) em volume (% volume) utilizar o ábaco da figura 23.
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Figura 23 - Ábaco de Transformação do Teor de Cimento em Massa em Teor de
Cimento em Volume (%)
h) Exemplos numéricos
1) Considerar um solo com os seguintes resultados prévios de laboratório:
- Granulometria:
Pedregulho grosso: 10%
Pedregulho fino:
5%
Areias grossa:
23%
Areia fina:
33%
Silte:
6%
Argila:
23%
% pass. # nº 200: 32%
- Índices de consistência:
LL = 25%
LP = 19%
IP = 6%
- Massa específica (agregado grosso): 2630 Kg/cm3
- Absorção (agregado graúdo): 1,2%
- Umidade do solo miúdo: 3%
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2) Determinar o teor de cimento indicado para a realização do ensaio de compressão
simples para o solo com as seguintes características:
- Pedregulho fino: 3%
- Areia grossa: 12%
- Areia fina: 60%
- Silte: 7%
- Argila: 18%
- Classificação segunda a HBR: A2
- Após execução do ensaio de compactação: σdmax = 1930 g/cm3
hot = 11,2 %
3) Para o exemplo acima, supondo que tenha sido executado o ensaio de compressão
simples com os teores de 5%, 6% e 7%, qual o teor que você adotaria como definitivo
com base nos seguintes resultados:
CP 01 (5%) → RCS = 2080 Kpa
CP 02 (6%) → RCS = 2355 Kpa
CP 03 (7%) → RCS = 2400 KPa
4) Determinar o teor de cimento indicado para a realização do ensaio de compressão
simples para o solo com a seguintes características:
- Pedregulho grosso: 20%
- Pedregulho fino: 3%
- Areia grossa: 19%
- Areia fina: 31%
- Silte: 12%
- Argila: 15%
- Classificação segunda a HBR: A1a
- Após execução do ensaio de compactação: σd max = 2000 g/cm3
hot = 8,7 %
5) No exemplo anterior, supondo terem sido moldados 3 corpos de prova com os teores
de cimento de 4%, 5% e 6% e estes submetidos a ensaios de compressão simples,
cujos resultados encontram-se abaixo, determine qual o teor adotado para o caso em
análise.
CP 01 (4%) → RCS = 1860 Kpa
CP 02 (5%) → RCS = 2080 Kpa
CP 03 (6%) → RCS = 2150 KPa
4.6.6 - Execução na pista (Senço, 1972)
A mistura solo-cimento pode ser executada de duas formas:
Mistura no local:
com material da própria estrada
com material vindo de fora
Mistura em Central:
usinas fixas: Betoneira, grandes centrais
usinas móveis: Pulvi-mix
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As misturas feitas em usinas fixas (centrais de usinagem) constituem um processo
mais eficiente, uma vez que o produto final é praticamente perfeito e muito mais rápido
que o processo de mistura na pista.
A utilização de usinas de solo-cimento é justificada em função da quantidade do serviço
a ser executado, não sendo utilizada para pequenas quantidades. As instalações de
uma usina de solo-cimento são praticamente as mesmas de uma usina de solos
convencional, podendo-se destacar os seguintes componentes principais:
a) Silos de solos
Depósitos destinados a receber o solo (ou solos) que serão utilizados na mistura,
construídos de madeira ou chapa metálica, normalmente em forma de tronco de
pirâmide.
A calibração é feita pelo processo usual onde a comporta de saída é aberta com
diversas alturas, anotando-se a quantidade que se escoa em um determinado tempo.
Com os pares de valores Abertura da comporta x Produção horária pretendida,
traçados em um gráfico, obtém-se a abertura necessária do silo. Esta calibração
também pode ser feita em função da quantidade de material que cai em um espaço
linear de um metro da esteira transportadora. Neste caso varia-se a abertura da
comporta ou a velocidade de transporte das correias.
b) Silo de cimento
Geralmente em formato cilíndrico, tem a função de armazenar o cimento a ser usado
na mistura. Para grandes volumes de mistura, o carregamento do cimento é feito
diretamente dos caminhões transportadores por meio de sucção. Nestes casos é
recomendado a utilização de cimento a granel. O processo de calibração deste silo é
similar ao de solo.
c) Correias transportadoras
São as responsáveis pelo transporte dos solos e do cimento dos silos até o misturador.
Devem ter uma inclinação suficiente para levar os materiais desde as comportas dos
silos até a boca do misturador.
d) Depósito de água:
Reservatório destinado a fornecer água para que a mistura solo-cimento já saia da
usina com o teor ótimo de umidade. Dependendo da distância até o local da obra este
teor pode ser majorado, para haver uma compensação devido as perdas por
evaporação.
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e) Misturador
É o compartimento destinado a execução da mistura propriamente dita do solo com o
cimento e água. Normalmente é constituído por eixos dotados de pás (paletas) que
giram em sentidos contrários, jogando os materiais contra as paredes do
compartimento. A mistura da água pode ser feita continuamente (junto com o solo e o
cimento) ou logo após a mistura “seca” (solo e cimento).
Na figura 24 é mostrado um esquema de funcionamento de uma usina de solo-cimento.
Figura 24 - Esquema de uma usina de Solo-Cimento (Senço, 1972)
4.6.7 – Operações básicas para solo-cimento in-situ
Nas misturas de solo-cimento feitas no local (mistura in situ) destacam-se as seguintes
operações básicas:
1)Pulverização e determinação da umidade natural
2)Distribuição e espalhamento do cimento
3)Mistura do cimento com o solo pulverizado
4)Adição de água à mistura do solo-cimento
5)Mistura do solo-cimento umedecido
6)Compactação e acabamento
7)Cura
8)Preparo para execução do novo trecho
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a) Pulverização e homogeneização do solo
O material vindo da jazida (ou já escarificado ) deve ser pulverizado e homogeneizado
até que 80% do material miúdo esteja reduzido a partículas de diâmetro inferior a 4,8
mm .Usa-se Patrol, grade de disco, Pulvi-mix,etc.
b) Distribuição e espalhamento do cimento
Após a regularização do solo pulverizado em toda a seção transversal espalha-se o
cimento (em sacos) nas quantidades projetadas, distribuindo-os uniformemente por
toda a superfície de modo a assegurar posterior espalhamento por processo mecânico.
Um esquema da distribuição manual dos sacos se cimento pela seção transversal é
mostrado na figura 25. Este esquema será utilizado no exemplo numérico ao final deste
assunto.
Figura 25 - Esquema de Distribuição Manua l do Cimento na pista (Senço, 1972)
c) Mistura do cimento com o solo pulverizado
Executada através de escarificadores e pela lâmina da Patrol. A mistura do solo com o
cimento deverá ocorrer em toda a espessura da camada, repetidas vezes até se
conseguir uma tonalidade uniforme em toda a espessura.
Em seguida a mistura deve ser nivelada obedecendo ao greide e a seção transversal.
d) Adição de água a mistura
Deverá ser feita progressivamente. É aconselhável que a umidade não aumente mais
de 2% em cada passada do Carro-tanque. O caminhão Pipa deve ser equipado,
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quando possível, com dispositivo de controle de água por pressão. Desta forma podese calcular a quantidade de água a ser distribuída (função também do teor de umidade
do solo) em cada passada. Pode-se ajuntar a água ao solo pulverizado na véspera,
antes da adição do cimento, até atingir uma umidade próxima da hot . Tolera-se uma
variação de 0,9 a 1,1 vezes o teor indicado (hot).
e) Mistura do solo-cimento umedecida
Feita por Pulvi-mix ou grade de disco. Na fase final a umidade deve ser controlada de
40 em 40 m. Qualquer deficiência deve ser corrigida.
f) Compactação e acabamento
Para solos arenosos deve-se empregar rolos pneumáticos ou lisos e para solos
argilosos o rolo pé-de-carneiro deve ser usado no início e os pneumáticos ou lisos
usados ao final. A espessura de compactação não deve ser menor que 5cm. A camada
superficial deve ser mantida na umidade ótima ou ligeiramente acima e feita a
conformação do trecho ao greide e abaulamento desejados.
Após a conclusão da compactação deve ser feito um acerto final na superfície para
eliminação de saliências, não podendo fazer correções de depressão através de adição
de material. Pode-se usar grades de dentes ou escova metálica.
g) Cura
Após a compactação o trecho deverá ser protegido por um período de 7 dias. Usa-se
cobrir o trecho com uma camada de solo de mais ou menos 5 cm ou capim (10 cm) que
deverão ser mantidos unidos para conservação da umidade. Também pode ser usado
material betuminoso para proteção.
h) Controles de Execução
Sendo feitas as misturas na pista ou em usinas, são realizados os seguintes controles
tecnológicos: Granulometria; ensaio de finura do cimento; grau de pulverização; teor de
cimento; teor de umidade; massa específica aparente “In situ”; ensaio de compactação;
ensaio de resistência à compressão.
Também são feitos os controles Geométricos necessários em relação à largura da
plataforma, flecha de abaulamento e espessura média.
i) Exemplo numérico
Deseja-se construir uma camada de base de um pavimento rodoviário
cimento. A execução deverá ser feita na própria pista, uma vez que não se
usina misturadora nas proximidades da obra. A seguir são dados
características técnicas dos materiais, do projeto e dos equipamentos
80
em solodispõe de
todas as
a serem
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utilizados. Determine: a quantidade de solo a ser importado para a pista (n° de viagens,
espessura solta, espaçamento p/ descarga), a quantidade de cimento (massa de
cimento, n° de sacos, espaçamento dos sacos) e a quantidade de água (volume de
água, número de viagens do carro-pipa) a ser utilizado no processo construtivo.
L
→ extensão do trecho = 30 Km
ec
→ espessura compactada = 15 cm
L
→ largura da plataforma = 8m
c
→ teor de cimento em volume = 10%
δci
→ densidade do cimento = 1,42 g/cm3
δ max sc → densidade máxima do solo-cimento = 2,00 g/cm3
δs
→ densidade do solo solto = 1,50 g/cm3
Hosc → umidade ótima do solo -cimento = 11%
Hn
→ umidade do solo natural = 4%
He
→ perda por evaporação = 2%
q
→ capacidade dos caminhões transportadores = 6 m3
Q
→ capacidade das irrigadoras = 8000 l
Referências Bibbliográficas
1) ABCP. “Dosagem das misturas de solo-cimento - Normas de dosagem”. ET 35, São
Paulo, 1986.
2) Nascimento, A. A. P.; Junior, F. A. “Solo -cimento - a nova norma de dosagem”. 29ª
Reunião Anual de Pavimentação, São Paulo, 1991.
3) Senço, W. “Pavimentação” Escoloa Politécnica de São Paulo, Vol 1 e 2, 2ª edição,
São Paulo, 1972.
4.7 - Estabilização solo-cal:
A Cal é um aglomerante resultante da calcinação de rochas calcárias (calcários ou
dolomitos), a uma temperatura inferior à do início de fusão do material.
Dentre as várias opções de aplicação da cal pode-se citar: dar plasticidade às
argamassas, construção de sub-bases e bases, fabricação de tijolos, blocos e painéis.
O esquema de produção da cal pode ser assim resumido:
CaCO3 (calcário) + calor
→
CaO + CO2
CaCO3MgCO3 (dolomito) + calor→
CaOMgO + 2CO2
CaO → óxido de cálcio não hidratado → cal cálcica ou calcítica
CaOMgO → cal dolomítica
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O processo de hidratação da cal acontece da seguinte maneira:
CaO + H 2O
→ Ca(OH)2 (cal cálcica hidratada) + calor
CaCO3MgCO3 + H 2O → Ca(OH)2MgO (cal dolomítica hidratada) + calor
4.7.1 - A mistura solo-cal
É uma técnica de estabilização utilizada em vários países. Suas principais funções são:
- Melhoria permanente das características do solo;
- Aumenta a resistência à ação da água;
- Melhoria do poder de suporte;
- Melhoria da trabalhabilidade de solos argilosos.
Ao misturar a cal ao solo em condições ótimas de umidade, ocorrem reações químicas
que provocam alterações físicas nos mesmos, tais como:
- O índice de plasticidade (IP) cai;
- O limite de plasticidade (LP) aumenta e o limite de liquidez (LL) cai;
- A fração do solo passante na peneira n°80 (0,42mm) decresce;
- A contração linear e expansão decrescem;
- A água e a cal aceleram a desintegração dos torrões de argila durante a
pulverização, tornando os solos mais trabalháveis;
- A resistência à compressão aumenta;
- Aumento da capacidade de carga;
- Facilita a secagem do solo em áreas alagadiças;
-Nas bases e sub -bases estabilizadas com cal, produz uma barreira resistente à
penetração da água por gravidade e promove rápida evaporação da umidade
existente.
4.7.2 - Mecanismos de reação da mistura solo-cal
a) Troca catiônica: A adição de cal ao solo provoca substituição de cátions
monovalentes por cátions bivalentes.
b) Floculação e aglomeração: As reações provocam diminuição da dupla camada
resultando na floculação das partículas argilosas.
c) Reações pozolânicas: Reação da sílica e alumina do solo com a cal, formando os
agentes cimentantes, que são os responsáveis pelo aumento de resistência na mistura
solo-cal.
d) Carbonatação: A cal reage com dióxido de carbono da atmosfera formando
carbonatos de cálcio e/ou magnésio, que são compostos cimentantes fracos.
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4.7.3 - Fatores que influenciam no processo de estabilização dos solos
com cal
a) Tipo de cal empregado:
Pode-se empregar tanto cal virgem quanto cal hidratada. Cales calcíticas hidratadas
produzem menores resistências que cales dolomíticas hidratadas.
b) Tipo de solo:
Solos finos correspondem melhor à estabilização com cal que solos granulares porque
uma maior superfície específica refletirá em reações mais intensas entre a cal e as
partículas de solo. A mineralogia do solo também influencia nas reações.
c) Tempo de cura:
Ganhos muito pequenos de resistência nas idades iniciais e maiores desenvolvimentos
para maiores períodos de tempo.
d) Influência da temperatura:
Quando a cura for a baixas temperaturas, o aumento de resistência é lento, a
temperaturas normais a velocidade é maior, e a altas temperaturas (60°C) as
resistências evoluem rapidamente.
4.7.4 - Tipos de estabilização com cal
a) Solo modificado com cal: visa reduzir a plasticidade do solo e aumentar a
trabalhabilidade.
b) Solo cimentado com cal: visa obter um material com maior resistência e
durabilidade.
Não existe no Brasil metodologia para dosagem e dimensionamento de misturas solocal. Para misturas que apresentam ganhos de resistência, o ensaio de compressão
simples é utilizado para dosagem. A avaliação da capacidade de suporte das misturas
solo-cal é feita mediante o ensaio de ISC (CBR). Normalmente são utilizados
procedimentos de dosagem experimentais.
4.8 - Estabilização solo-betume
É uma mistura de materiais betuminosos (emulsão, asfaltos líquidos, alcatrões) e solos
argilo-siltosos ou argilo-arenosos para trabalharem como material estabilizado para
base ou sub -base, impermeabilizando o solo e aumentando o seu suporte.
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4.8.1 - Tipos de misturas
- Areia-asfalto ou areia-betume: é a mais difundida, com facilidade de controle da
qualidade e economicamente mais competitiva.
- Solo-betume: seu controle é mais rigoroso, maior teor de betume e com funções de
impermeabilização.
4.8.2 - Principais funções do betume
a) Quando usado em solos granulares (areia-betume):
A função do ligante é gerar forças de natureza coesiva ao solo, aumentando de certa
forma o seu valor de suporte.
b) Quando usada em solos argilosos (solo -betume):
A função do ligante é garantir a constância, na mistura, do teor de umidade de
compactação, promovendo uma ação impermeabilizante. Esta ação é realizada tanto
pelo obturamento dos canalículos do solo, por onde poderia ocorrer uma ação capilar
da água, como pela criação de películas hidrorrepelentes envolvendo agregação de
partículas finas que impedem que a água penetre na mistura.
4.8.3 - Teor de betume
Varia em torno de 4 a 6% em peso de solo seco, sendo função da quantidade de argila,
silte, areia, vazios e densidade do solo.
Quanto mais fino o solo, maior será a quantidade de betume requerida. Quando usado
em excesso, diminui a estabilidade e passa a agir como lubrificante.
4.8.4 - Métodos de dosagem
Existem alguns métodos que podem ser utilizados, sendo todos extraídos da literatura
americana: Método Califórnia modificado; Método Hubbard Field; Ensaio do
penetrômetro de cone; Ensaio do valor do suporte Flórida; Ensaio do índice de suporte
Texas.
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4.9 – Estabilização granulométrica
Neste item serão abordados os processos pelos quais se misturam dois ou mais
agregados de granulometrias diferentes de modo a enquadrá-los em uma
especificação qualquer. É comum a apresentação da especificação em “faixas de
trabalho” onde são mostrados os limites inferior e superior da granulometria. Desta
forma, a granulometria ideal a ser alcançada ou exigida é aquela que representar o
ponto médio dos limites extremos.
Os projetos de mistura de agregados são muito utilizados na execução de bases e subbases estabilizadas granulometricamente, em misturas betuminosas ou quaisquer
outras misturas que envolvam dois ou mais materiais de granulometrias diferentes
(misturas solo-cimento, solo -cal, macadames, etc.).
Os solos arenosos são, de um modo geral, facilmente destruídos por ações abrasivas,
quando analisados separadamente, devido a falta do “ligante”. Já os solos argilosos,
também analisados separadamente, são muito deformáveis, com baixa resistência ao
cisalhamento, quando absorvem água. Na prática, é comum e necessário misturarmos
estes dois tipos de solos, ou seja, solos com características granulares e solos com
características coesivas, para obtermos uma mistura com propriedades ideais de
resistência e trabalhabilidade.
Surgiram então duas idéias básicas para as técnicas de correção de algumas
propriedades dos solos através da manipulação de suas granulometrias:
a) Hipótese de graduação ideal: Em geral, a uma maior compacidade corresponde uma
maior resistência. As diferentes formas das partículas têm grande influência neste
conceito.
b) Hipótese de “Binder”: Nesta, além de levar em cinta a hipótese anterior, considera-se
o solo constituído de duas frações (agregado e ligante) onde busca-se o máximo de
compacidade para cada fração.
4.9.1 - Métodos de misturas
Para se atender uma determinada granulometria, exigida por uma especificação
qualquer, e dispondo-se de dois ou mais materiais, podemos construir um material
ideal que seja uma mistura conveniente dos outros materiais. Para a perfeita execução
desta mistura em causa, depõe-se de alguns processos de cálculo, quais sejam:
- MÉTODO ANALÍTICO
- MÉTODO DAS TENTATIVAS
- MÉTODOS GRÁFICOS:
- MÉTODO DO TRIÂNGULO EQUILÁTERO
- MÉTODO DE RUTHFUCHS
- MÉTODO DAS COMPOSIÇÕES SUCESSIVAS
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4.9.2 - Método analítico
Sendo dados os agregados A, B, C, ..., com, respectivamente x%, y%, z%, ..., passante
numa série de peneiras e desejando-se projetar uma mistura “M” com m1 %, m2%, m3 %,
..., passante na mesma série de peneiras, pode-se sempre estabelecer um sistema de
N equações em que uma delas é:
x% + y% + z% + ... = 100
E as outras N - 1 equações são do tipo:
x An + y Bn + z Cn + ... = mn
100
100
100
Onde:
x,y,z, ... ⇒ Porcentagens de cada material (A,B,C, ...) que entrará na mistura
para se obter o material M
An,Bn,Cn, ⇒ Porcentagens passantes nas “n” peneiras de uma série
mn
⇒ Porcentagens passantes, requeridas pela especificação, para as
“n” peneiras da série
n
⇒ número de peneiras de uma série (N - 1)
Exemplo numérico e especificação
Executar uma mistura com os materiais 1, 2 e 3 de modo a satisfazer a especificação
dada a seguir, utilizando o método analítico.
Peneiras
(Pol.)
(mm)
1”
3/4”
1/2”
3/8”
nº 4
nº 10
nº 40
nº 80
nº 200
25,40
19,10
12,70
9,50
4,80
2,00
0,42
0,18
0,074
% em Peso Passante
Mat 1
Mat 2
Mat 3
100
88
75
53
31
17
8
6
3
100
95
70
40
0
100
83
52
Especificação
% Peso Pass.
Especificação
Ponto Médio
100
80 - 100
65 - 95
45 - 80
28 - 60
20 - 45
10 - 32
8 - 20
3-8
100
90
80
62
44
32
21
14
5
Solução
Armam-se tantas equações quantas forem o número de peneiras:
86
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Equações:
1) 100x + 100y + 100z = 100
2) 88x + 100y + 100z = 90
3) 75x + 100y + 100z = 80
4) 53x + 100y + 100z = 62
5) 31x + 100y + 100z = 44
6) 17x + 95y + 100z = 32
7) 8x + 70y + 100z = 21
8) 6x + 40y + 83z = 14
9) 3x + 0y + 52z = 5
Resolvendo o sistema:
1-2⇒
100x + 100y + 100z = 100
88x + 100y + 100z = 90
12x
= 10 então x = 10 / 12 = 83,33 %
1-3⇒
100x + 100y + 100z = 100
75x + 100y + 100z = 80
25x
= 20 então x = 20 / 25 = 80,00 %
1-4⇒
100x + 100y + 100z = 100
53x + 100y + 100z = 62
47x
= 38 então x = 38 / 47 = 80,85 %
1-5⇒
100x + 100y + 100z = 100
31x + 100y + 100z = 44
69x
= 56 então x = 56 / 69 = 81,15 %
Adotando-se um valor médio para x = 80 %
5-6⇒
31x + 100y + 100z = 44
17x + 95y + 100z = 32
14x + 5y
= 12 então y = (12 - 14 x 0,80) / 5 = 16%
z = 100 - 80 - 16 = 4%
Outra opção:
de (9) vem: 3 x 0,80 + 52z = 5 então z = (5 - 3 x 0,80) / 52 = 5%
y = 100 - 80 - 5 = 15%
Solução final: x = 80% y = 16% z = 4% ou x = 80% y = 15% z = 5%
Com as porcentagens encontradas para cada material, calcula-se a granulometria do
material M e compara-se com a especificação.
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Peneiras
1”
3/4”
1/2”
3/8”
nº 4
nº 10
nº 40
nº 80
nº 200
% em Peso Passante
Material M
0,80 x 100 + 0,15 x 100 + 0,05 x 100 = 100
0,80 x 88 + 0,15 x 100 + 0,05 x 100 = 90,40
0,80 x 75 + 0,15 x 100 + 0,05 x 100 = 80,00
0,80 x 53 + 0,15 x 100 + 0,05 x 100 = 62,40
0,80 x 31 + 0,15 x 100 + 0,05 x 100 = 44,80
0,80 x 17 + 0,15 x 95 + 0,05 x 100 = 32,85
0,80 x 8 + 0,15 x 70 + 0,05 x 100 = 21,90
0,80 x 6 + 0,15 x 40 + 0,05 x 83 = 14,95
0,80 x 3 + 0,15 x 0 + 0,05 x 52 = 5
Especif.
% Peso Pass.
100
80 - 100
65 - 95
45 - 80
28 - 60
20 - 45
10 - 32
8 - 20
3-8
Especif.
Pto. Médio
100
90
80
62
44
32
21
14
5
Para o caso de três materiais e três faixas granulométricas, tem-se:
Peneiras
Mat 1
Ag. Graúdo (Ret.# 10)
Ag. Miudo (#10 e #200)
Filler (Pass. # 200)
% na Mistura
a = 83
b = 14
c=3
x
% em Peso Retido
Mat 2
Mat 3
d=5
e = 95
f=0
y
g=0
h = 48
i = 52
z
Especificação
M1 = 68 (80-55)
M2 = 27 (17-37)
M3 = 5 (3-8)
Seguindo-se uma formulação específica para o caso de três equações e três
incógnitas, temos os seguintes va lores para o exemplo dado:
x = (M2-h)(d-g) - (M1-g)(e-h) = (27-48)(5-0)-(68-0)(95-48) = (-21x 5)-(68x 47) = - 3301
(b-h)(d-g) - (a-g)(e-h)
(14-48)(5-0)-(83-0)(95-48) (-34x 5)-(83x 47) -4071
x = 81,08%
y = (M2-h) - x(b - h) = (27-48) - 0,8108 (14 - 48) = -21 + 27,57 = 6,57
(e-h)
( 95 - 48 )
47
47
y = 13,97%
z = 1 - ( x + y ) = 1 - ( 0,8108 + 0,1397 )
z = 4,95%
4.9.3 - Método das tentativas
Neste processo são feitas tentativas sucessivas para se determinar as porcentagens
com que cada material deve entrar na mistura. Após cada tentativa são feitas algumas
comparações com a especificação a atender. As operações são repetidas até
conseguir o atendimento satisfatório da especificação.
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O sucesso deste método depende da primeira tentativa. Quando se trabalha com três
agregados com granulometrias próximas do agregado graúdo, agregado miúdo e filer,
recomenda-se como regra prática para a primeira tentativa as seguintes correlações:
M1 → Agregado Graúdo → X %
M2 → Agregado Miúdo → Y %
⇒
X = 2Y
M3 → Filer
→Z%
Z=±5%
Por exemplo: X= 65%; Y= 30%; Z= 5% ou X= 60%; Y= 35%; Z= 5%; etc.
A metodologia consiste dos seguintes passos, de acordo com o quadro abaixo:
1- Arbitrar a primeira tentativa. Para o exemplo dado: X= 65%; Y= 30%; Z= 5%
2- Preencher as colunas 2, 5 e 8 com a granulometria de cada material a ser misturado
3- Preencher as colunas 3, 6 e 9, somando os resultados na coluna 11
4- Comparar os valores da coluna 11 com os da coluna 14 (faixa granulométrica
especificada)
5- Comparar os valores da coluna 11 com os da coluna 13 (ponto médio da
especificação)
6- Caso a primeira tentativa não tenha atendido a especificação fazer nova tentativa
baseada nos resultados encontrados até o momento. Analisar quais os materiais a
serem diminuídos na mistura e quais a serem aumentados. Para o exemplo dado:
X= 80%; Y= 15%; Z= 5%
7- Preencher as colunas 4, 7 e 10, somando os resultados na coluna 12
8- Comparar os valores da coluna 12 com os das colunas 14 e 13
Obs: No caso de 4 materiais, a primeira deve ser feita segundo o seguinte esquema:
M1 e M2 → Brita 1 e 2 → X%
M1 e M2 → Dobro de M3
M3
→ Areia
→ Y%
⇒
M1 ≈ M2
M4
→ Filler
→ Z%
M4 = ± 5%
1
M1
3
Penei
ras
2
1”
M2
4
6
M3
7
5
65%
80%
100
65,00
80,00
3/4”
88
57,20
1/2”
75
3/8”
9
10
5%
5%
8
11
12
13
14
1ª
Tent
2ª
Tent
Ponto
Médio
Espec
.
30%
15%
100
30,00
15,00
100
5,00
5,00
100,0
100,0
100
100
70,40
100
30,00
15,00
100
5,00
5,00
92,20
90,40
90
80-100
48,75
60,00
100
30,00
15,00
100
5,00
5,00
83,75
80,00
80
65-95
53
34,45
42,40
100
30,00
15,00
100
5,00
5,00
69,45
62,40
62
45-80
nº 4
31
20,15
24,80
100
30,00
15,00
100
5,00
5,00
55,15
44,80
44
28-60
nº 10
17
11,05
13,60
95
28,50
14,25
100
5,00
5,00
44,55
32,85
32
20-45
nº 40
8
5,20
6,40
70
21,00
10,50
100
5,00
5,00
31,20
21,90
21
10-32
nº 80
6
3,90
4,80
40
12,00
6,00
83
4,15
4,15
20,05
14,95
14
8-20
nº200
3
1,95
2,40
0
0,00
0,00
52
2,60
2,60
4,55
5,00
5
3-8
89
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Capítulo 5
AGREGADOS PARA PAVIMENTAÇÃO
O material aqui apresentado sobre “agregados” foi extraído do relatório final do 1°
Seminário de Qualificação Acadêmica ao Doutorado do autor, apresentado ao
Programa de Engenharia Civil (PEC) da COPPE / UFRJ. Maiores detalhes podem ser
vistos em MARQUES (2001).
Segundo o ASPHALT INSTITUTE (1989) a quantidade de agregado mineral em
misturas asfálticas de pavimentação é geralmente de 90 a 95% em peso e 70 a 85%
em volume e esta parcela mineral é em parte a responsável pela capacidade de
suporte de cargas dos revestimentos, influenciando assim o desempenho dos
pavimentos. Na pavimentação asfáltica o agregado é também usado comumente na
base e eventualmente na sub -base. Na pavimentação rígida o agregado é usado na
confecção do concreto de cimento Portland.
De acordo com a NBR 9935, que determina a terminologia dos agregados, o termo
“agregado” é definido como material sem forma ou volume definido, geralmente inerte,
de dimensões e propriedades adequadas para produção de argamassa e concreto.
Já WOODS (1960) define agregado como sendo uma mistura de pedregulho, areia,
pedra britada, escória ou outros materiais minerais, usada em combinação com um
ligante para formar um concreto, uma argamassa, etc.
Quanto à classificação dos agregados segundo sua natureza, encontra-se a seguinte
classificação como sendo a mais usada no Brasil, na qual os agregados são divididos
em Naturais: aqueles que são utilizados tal como se encontram na natureza, salvo
operações de britagem e lavagem como, por exemplo, os cascalhos, saibros, areias; e
em artificiais: aqueles que resultam de uma alteração física ou química de outros
materiais, como a escória de alto forno, argila expandida, ou que exige extração como
é o caso das rochas, sendo a pedra britada o tipo mais comum.
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Segundo ROBERTS et al (1996), os agregados usados em construção rodoviária são
largamente obtidos de depósitos de rochas naturais. As rochas naturais ocorrem como
afloramentos ou próximo à superfície ou como depósitos de agregados ao longo de
velhos extratos aluvionares. As rochas naturais são classificadas pelos geólogos em 3
grupos dependendo da sua origem: ígneas (magmáticas), sedimentares e
metamórficas. Outros tipos de agregados que às vezes são usados em misturas a
quente são os agregados leves, produzidos pelo aquecimento de argila a temperaturas
muito altas e escórias, normalmente produzidas nos alto-fornos durante a produção de
aço. Estes dois agregados artificiais produzem boa resistência ao escorregamento
quando usados em misturas a quente.
Denomina-se “ocorrência” o depósito natural de pedregulho ou areia possível de
emprego em rodovias, também chamadas de cascalheiras. Quanto à origem geológica
as ocorrências podem ser classificadas como residual, eólico, ou aluvial; quanto à
formação, em bancos (acima do terreno), minas (abaixo do terreno), de rio, de mar.
No Brasil existe abundância de depósitos de saibro, e pouca ocorrência de depósitos
de areia (climas áridos).
Areias quartzosas de formação eólica são bastante puras (mais de 90% de teor de
sílica), porém exibem granulometria uniforme e fina. Areias quartzosas de origem fluvial
não são tão puras (80 a 85% de sílica), mas apresentam em geral granulometria
adequada aos trabalhos de pavimentação rodoviária. As areias de depósitos
residuários apresentam boa granulometria, porém seu grau de pureza está na faixa de
70%.
Segundo MARTINS (1995) grande parte das rochas duras exploradas para a indústria
de construção encontra-se em áreas de alto valor paisagístico ou em áreas de
preservação ambiental, sendo necessário um planejamento cuidadoso para minimizar
perturbações ambientais e danos á paisagem. Não há escassez previsível de recursos
de rocha para produção de brita no Brasil, a despeito da extração anual (estimada)
superar 100 milhões de metros cúbicos e do consumo per capita ser muito baixo,
denotando uma enorme demanda reprimida.
Em regiões que apresentam escassez de material para produção de britas,
como a região norte do Brasil, por exemplo, é possível o uso de argila
expandida com agregado para utilização em serviços de pavimentação.
5.1 - Produção de agregados
As características físicas dos agregados como resistência, abrasão e dureza são
determinadas pelas características da rocha de origem. Entretanto, o processo de
produção nas pedreiras podem afetar significativamente a qualidade dos agregados,
91
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pela eliminação das camadas mais fracas da rocha e pelo efeito da britagem na forma
de partícula e graduação do agregado.
Em quase toda pedreira existe uma camada de solo sobrejacente que deve ser
removido antes que a rocha sã seja encontrada. Esta parte superficial e não
aproveitável na produção de britas é designada por “estéril”.
5.2 - Operação na pedreira
O propósito básico da operação em uma pedreira é a remoção da rocha sã através de
dinamite e então usar uma série de britadores e outras unidades para reduzir o material
em um número suficiente de componentes de modo a produzir os materiais de
construção utilizáveis no pavimento. Também é desejável produzir agregado britado
que tenha formato cúbico e não achatado ou alongado.
A Figura 26 mostra o esquema do processo de operação em uma pedreira que
normalmente usa um britador de mandíbula como britador primário e um britador de
cone como secundário.
Figura 26 – Esquema Simplificado do processo de Britagem (ROBERTS et al, 1996)
92
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A rocha, removida da superfície da pedreira depois de dinamitada, é transportada para
o britador por um caminhão. O material mais fraco normalmente se quebra em
pequenos pedaços e são removidos antes da britagem. O britador de mandíbula
(primário) quebra a rocha em tamanhos que possam ser trabalhados pelos outros
britadores. Após a britagem primária, a próxima operação é peneirar os agregados em
vários tamanhos. O material maior que 1” (25,4mm) é colocado no britador de cone
para britagem adicional. O material menor que 1” (25,4mm) e maior que ¾” (19 mm) é
estocado. O material menor que ¾” (19mm) é levado para um segundo peneirador para
separações futuras. O material maior que ¾” (19 mm), que ainda aparecer é retornado
ao britador de cone para nova britagem. O material menor que ¾” (19mm) é peneirado
e estocado em 3 pilhas separadas: material entre 3/4” e 3/8” (9,5mm), entre 3/8” e # n°
4 (4,8mm) e menor que 4,8mm. Esta é uma descrição de operação de britagem muito
simplificada que identifica os métodos que são normalmente usados para britar
agregados e separá-los em tamanhos comerciais. A maioria das operações nas
centrais de britagem apresenta maior complexidade que estas descritas, ou
apresentam procedimentos diferentes, porém a operação é sempre feita com britadores
e peneiradores. Outras centrais apresentam a capacidade de lavar os agregados em
certos pontos da operação.
Durante a operação de britagem é essencial que as propriedades do produto final
sejam consistentes. Quando a rocha é removida de várias localizações na pedreira, as
propriedades físicas dos agregados podem variar substancialmente. Controle de
qualidade durante as operações de britagem devem assegurar que as propriedades
físicas dos agregados não variem excessivamente. O ideal é que a quantidade de
material que alimenta as operações de britagem deve ser aproximadamente constante.
O aumento da vazão de fluxo de material do britador, normalmente resulta em mais
transbordamento de agregado mais fino sobre as peneiras. Este excesso resulta em
um estoque de material mais fino.
O britador primário produz uma redução mecânica inicial de 8” (200mm) para 1”
(25,4mm). Os britadores secundário e terciário reduzem os agregados até o tamanho
desejado.
5.3 - Amostragem de agregados
Antes de se fazer qualquer ensaio em agregados, as amostras devem ser obtidas da
origem usando técnicas de amostragem próprias.
Para projeto de misturas asfálticas são usadas amostras representativas e para
controle de qualidade são tomadas amostras aleatórias. Se amostras representativas
não são tomadas, todos os ensaios conduzidos nos agregados não tem sentido, e isto
pode resultar em um projeto ou execução de mistura asfáltica com má qualidade,
resultando em um desempenho insatisfatório.
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Amostras de agregados são normalmente tomadas de pilhas de estocagem, correias
transportadoras, silos quentes ou às vezes de caminhões carregados. O pessoal
encarregado da amostragem deve evitar coletar material que segregue quando obtido
de pilhas de estocagem, caminhões ou silos. Conseqüentemente, o melhor local para
obter uma amostra é de uma correia transportadora, entretanto, a largura total de fluxo
na correia deve ser amostrada, uma vez que o agregado também segrega na correia.
Uma amostra representativa é obtida pela combinação de um número de amostras
aleatórias por toda parte em um período de tempo (um dia para amostras em correias)
ou tomando amostras de várias locações em pilhas de estocagem e combinando estas
amostras. As amostras devem ser tomadas de modo que o efeito da segregação seja
minimizado nas pilhas. O agregado no fundo da pilha é usualmente mais graúdo que
no resto da pilha. O método preferido de amostragem em uma pilha é escalar seu lado,
entre o fundo e a ponta, remover o agregado superficial e obter uma amostra debaixo
da superfície. Às vezes é necessário colocar uma tábua acima do local a ser amostrado
para evitar que o agregado caia sobre a área que está sendo amostrada.
No Brasil, as normas que tratam de amostragem de agregados são a NBRNM 26
(antiga NBR 7216) e a PRO 120/97 do DNER. Em ambas são fixadas as exigências
para amostragem de agregados no campo.
Utiliza-se a norma intitulada “Redução de amostra de campo de agregados para
ensaios de laboratórios”, NBRNM 27 (antiga NBR 9941) que fixa condições exigíveis na
redução de amostra de agregado formado no campo, para ensaios de laboratório.
A PRO 257/99 do DNER descreve o estudo e amostragem de rochas em pedreiras
para fins rodoviários.
5.4 - Propriedades químicas e mineralógicas dos agregados
Segundo ROBERTS et al (1996) são as propriedades físicas dos agregados que
determinam principalmente a adequação para o uso em misturas asfálticas e em menor
extensão as propriedades químicas. São propriedades físicas/mecânicas básicas a
densidade, porosidade e a resistência. Propriedades químicas/físico-químicas tais
como umidade, adesão e descolamento são função da composição e estrutura dos
minerais no agregado. Uma compreensão da mineralogia e identificação de minerais
pode produzir informações sobre propriedades físicas e químicas potenciais de um
agregado para um determinado uso, e pode ajudar a evitar o uso de um agregado que
tenha constituintes minerais nocivos. Exigências em especificações devem ser
selecionadas para que os agregados que tenham componentes minerais indesejáveis
não sejam aceitos para uso.
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5.4.1 - Propriedades químicas de agregados
As propriedades químicas de um agregado identificam a composição química e/ou
determinam as transformações que um agregado pode estar sujeito devido à ação
química. Composições químicas de agregados baseadas em análises químicas são
usualmente dadas em termos de óxidos, sem consideração se tais óxidos estão
atualmente presentes na amostra. Estes dados podem não trazer informações quanto à
composição mineral e às vezes podem ser confusos. Alguns agregados contêm
substâncias que:
1 – São solúveis em água (ex. gesso)
2 – São sujeitas à oxidação, hidratação e carbonatação
3 – Podem reagir com os componentes do Cimento Portland, mas a reatividade de
alguns agregados com o cimento asfáltico não é conclusivamente estabelecida.
Propriedades químicas de agregados têm pequeno efeito no desempenho, exceto
quando elas afetem a adesão do ligante asfáltico ao agregado e a compatibilidade com
aditivos antidescolamento que podem ser incorporados ao ligante asfáltico (ROBERTS
et al, 1996).
A adesão do cimento asfáltico ao agregado e o deslocamento do filme asfáltico pela
água é um fe nômeno complexo segundo ROBERTS et al (1996), envolvendo
interações físico-químicas entre muitos parâmetros. Várias teorias têm sido sugeridas
para explicar os mecanismos de adesão e adesividade (descolamento). Porém
nenhum deles pode ser completamente exp licado e mais de um mecanismo pode
ocorrer ao mesmo tempo. A afinidade dos agregados ao asfalto é melhor analisada na
seção seguinte que aborda as propriedades físicas dos agregados, especialmente no
que diz respeito ao descolamento e aos danos causados pela presença de água.
Existem grandes evidências que indicam que alguns agregados parecem ter mais
afinidade pela água que pelo cimento asfáltico, e os filmes asfálticos nestas partículas
de agregados podem tornar-se destacados (separados) ou não aderidos depois de
exposto à água. Estes agregados são chamados hidrofílicos e eles tendem a ser ácidos
na natureza. Por outro lado, agregados que tem afinidade com cimento asfáltico são
chamados hidrofóbicos e eles tendem a ser básicos na natureza. É comumente aceito
que a natureza da carga elétrica da superfície dos agregados, quando em contato com
água, afete significativamente a adesão entre o agregado e o cimento asfáltico e sua
resistência ao dano por umidade.
A maioria dos agregados silicosos tais como arenito, quartzo e cascalho tornam-se
negativamente carregados na presença de água, enquanto materiais calcários
conduzem carga positiva na presença de água.
Muitos agregados contêm ambos tipos de carga porque eles são compostos de
minerais tais como sílica com carga negativa e também cálcio, magnésio, alumínio ou
ferro com carga positiva. Agregados típicos que conduzem cargas misturadas incluem
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basaltos e calcários silicosos. Dolomita é exemplo de caso extremo de agregado
eletropositivo e quartzo exemplo de agregado eletronegativo.
As normas brasileiras que visam avaliar características químicas de agregados estão
relacionadas diretamente ao concreto de cimento Portland. Apesar destas normas
serem utilizadas mais freqüentemente para concreto de cimento Portland, dependendo
da necessidade, estes ensaios podem ser solicitados para agregados a serem usados
em misturas asfálticas. Dentre vários ensaios pode-se citar: Verificação da reatividade
potencial pelo método químico (NM 28), Determinação de sais, cloretos e sulfatos (NM
50), Reatividade potencial de álcalis em combinações cimento -agregado (NBR 9773).
5.4.2 - Propriedades mineralógicas
A maioria de agregados é composta de uma combinação de minerais. Dentre os
minerais mais importantes pode-se citar os minerais de sílica (quartzo), os feldspatos
(ortoclásio, plagioclásio), os minerais ferromagnésicos (muscovita, vermiculita),
minerais carbonatados (calcita, dolomita) e minerais argílicos (ilita, caulinita e
montmorilonita).
Minerais
Segundo FRASCÁ e SARTORI (1998) durante o processo de diferenciação geoquímica
da terra, que resultou na formação da sua parte sólida mais externa (crosta terrestre),
dez elementos ali se concentraram, totalizando cerca de 99% da sua composição. O
oxigênio (46,6%) e o silício (28,2 %) são os elementos mais comuns nos minerais
formadores de rochas, chamados de silicatos. Os demais são: Al (8,2%), Fe (5,6%), Ca
(4,2%) e outros (Na, K, Mg, Ti e P). Embora já tenham sido descritas e classificadas
mais de 2000 espécies minerais, apenas um pequeno número é formador das rochas.
Rochas ígneas
São chamadas de rochas ígneas ou magmáticas aquelas resultantes da solidificação
de material rochoso, parcial ou totalmente fundido, denominado magma, gerado no
interior da crosta terrestre. As rochas formadas em profundidade no interior da crosta
terrestre são chamadas plutônicas ou intrusivas e as que são formadas na superfície
terrestre pelo extravasamento da lava são chamadas de vulcânicas ou extrusivas
(FRASCÁ e SARTORI, 1998).
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Segundo FRASCÁ e SARTORI (1998) as rochas magmáticas são as mais utilizadas
em construção civil no Brasil. Os granitos e os basaltos são, respectivamente, as
rochas plutônicas e vulcânicas mais abundantes no Brasil.
Rochas sedimentares
Segundo FRASCÁ e SARTORI (1998) as rochas sedimentares são resultantes da
consolidação de sedimentos, como partículas minerais provenientes da desagregação
e do transporte de rochas preexistentes ou da precipitação química, ou ainda da ação
biogênica. Constituem uma camada relativamente fina (± 0,8 Km) da crosta terrestre.
Os folhelhos, arenitos e calcários constituem 95% das rochas sedimentares e
compõem as bacias sedimentares como do Paraná, Amazonas e outras.
Rochas metamórficas
São derivadas de outras preexistentes que, no decorrer dos processos geológicos,
sofreram mudanças mineralógicas, químicas e estruturais, no estado sólido, em
resposta a alterações das condições físicas (temperatura, pressão) e químicas,
impostas em profundidades abaixo das zonas superficiais de alteração e cimentação,
ou seja, no domínio das transformações diagenéticas (FRASCÁ e SARTORI, 1998).
Desta forma, a Tabela a seguir sintetiza os minerais e as rochas associados e descritos
por FRASCÁ e SARTORI (1998). A próxima tabela mostra a composição mineral
média comumente encontrada nos agregados das principais rochas, segundo
ROBERTS et al (1996).
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Principais Rochas e Constituintes Minerais (FRASCÁ e SARTORI, 1998)
Minerais
Silicatos
Neossilicatados
Olivina
Granada
Titanita
Zircão
Rochas Ígneas
Não silicatos
Elementos
nativos
Grafita
Inossilicatos
Piroxênios
Augita
Hiperstenio
Anfibólios
Sulfetos
Pirita
Óxidos e
Hidróxidos
Magnetita
Hematita
Ilmenita
Limonita
Goethita
Hornblenda
Filossilicatos
Bauxita
Pirolusita
Micas
Muscovita
Biotita
Argilominerais
Caulinita
Montmorilonita
Ilita
Clorita
Serpentinita
Talco
Tectossilicatos
Feldspatos
F.
Potássico
Carbonatos
Granitos
Riolitos
Rochas
Sedimentares
Dentríticas
Ruditos
Dioritos
Andesitos
Sienitos
Traquitos
Fonólitos
Basaltos
Gabros
Diabásios
Anortositos
Peridotitos
Piroxenitos
Piroclásticas
Calcita
Dolomita
Halóides
Antracito
Folhelho
PirobetuMinoso
Evaporitos
Chert
Diatomitas
Gipso
Plagioclásios
Sílicas
Quartzo
Calcedônia
Opala
Feldspatóides
Nefelina
Zeólitas
Analcita
98
Hornfels
Serpentinito
Esteatitos
Conglomerados
Brecha
Arenitos
Quartzo
arenito
Arcóseo
Grauvaca
Lutitos
Siltito
Follhelho
síltico
Ritmito
Calcários e
Dolomitos
Carvão
Turfa
Linhito
Carvão Mineral
Halita
Sulfatos
Rochas
Metamórficas
Ardósia
Filito
Xistos
Gnaisses
Migmatitos
Mármores
Quartizitos
Anfibolitos
Calciossilicatos
Cataclasitos
Brechas
Tectônicas
Milonitos
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Composição Mineral Média das Rochas (Roberts et al, 1996)
Rocha
Quartz Ortoclásio
o
Rochas Ígneas
Granito
30
41
Diorito
8
7
Gabro
0,5
Diabásio
Riolito
32
45
Traquito
3
42
Andesito
0,6
Basalto
Rochas metamórficas
Quartzito
84
3
Feldspato46
27
Quartzito
Hormblenda
10
16
-Gnaisse
Granito37
32
Gnaisse
Biotita-Xisto
34
13
Mica-Xisto
37
16
Ardósia
29
4
Mármore
3
0,2
Amfibolito
3
1
Rochas Sedimentares
Arenito
79
5
Feldspato35
26
Arenito
Calcário46
3
arenito
Silex
93
Calcário
6
Dolomito
5
-
Plagioclásio
Augita
Hormblenda
Bio- Muscovita
tita
Epídoto Vidro
8
30
44
44
3
1
48
36
3
28
46
2
14
35
27
9
0,7
6
3
-
3
4
2
3
0,5
-
3
0,1
2
-
1
5
1
2
8
3
-
2
0,4
0
13
21
1
-
1
-
2
2
2
5
2
1
-
15
3
45
3
1
2
-
3
-
-
7
11
2
-
3
1
0,2
8
-
1
70
38
13
1
3
26
55
Calcita= 96
0,2
2
2
2
12
-
0,3
2
-
-
0,2
0,6
1
2
1
-
2
-
-
-
Calcita= 42
-
-
-
-
Dolomita = 8
Dolomita = 82
Calcita= 1
Calcita= 83
Calcita= 11
-
-
Em sua maioria, os agregados são compostos de muitos minerais, com composições
variáveis. Mesmo com agregados de mineralogia uniforme, as propriedades podem
ser alteradas pela oxidação, hidratação, lixiviação, intemperismo ou coberturas
estranhas. Entretanto, a mineralogia não pode produzir sozinha uma base para
predizer o comportamento de um agregado em serviço. Exames petrográficos são
úteis, e desempenho anterior de agregados similares sob condições ambientais e de
carregamento semelhantes pode ser útil na avaliação de agregados.
O quartzo e o feldspato são minerais duros e resistentes ao polimento e são
normalmente encontrados em rochas ígneas, tais como granito e granito -gnaisse. Por
outro lado calcita e dolomita que ocorrem em calcário são exemplos de minerais
macios. O calcário tem uma alta porcentagem de materiais macios que tendem ao
polimento mais rapidamente que a maioria dos outros tipos de agregados.
A instrução de ensaio do DNER IE 006/94 denominada “Análise petrográfica de
Materiais Rochosos Usados em Rodovias” pode dar indicação da presença de
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minerais que podem dar às rochas uma tendência maior ou menor ao polimento
quando usada como agregados para fins rodoviários.
A NBR 7389 trata da “Apreciação Petrográfica de Materiais Naturais para Utilização
como Agregado em Concreto” e descreve procedimento semelha nte ao anterior, porém
a finalidade é o uso para concreto de cimento Portland. Com esta finalidade existe
também a NM 54.
Para entendimento dos constituintes mineralógicos dos agregados deve ser consultada
a TER 198/87 (Terminologia) do DNER ou a NBRNM 66 (antiga NBR 9942) que é
adotada pelo DNER pelo processo de referência.
O outro fator que afeta a utilização dos agregados em misturas betuminosas, até certo
grau relacionado à Mineralogia, é a presença de coberturas superficiais e outras
substâncias deletérias. Estas substâncias deletérias podem incluir argila, xisto argiloso,
silte, óxidos de ferro, gesso, sais dissolvidos e outras partículas frágeis que afetam a
ligação com o asfalto. Também podem aumentar a susceptibilidade à umidade de uma
mistura asfáltica e não devem ser usados a menos que a quantidade de matéria
estranha seja reduzida por lavagem ou por outros meios.
Um dos efeitos mais importantes da mineralogia dos agregados no desempenho de
misturas asfálticas segundo ROBERTS et al (1996) é a adesividade da película de
asfalto à brita e a resistência ao descolamento por ação da água. A ligação entre o
cimento asfáltico e os agregados é melhor com certos tipos de minerais. Num primeiro
instante, o cimento asfáltico normalmente se liga melhor aos agregados “carbonatados”
(calcário) que aos agregados “silicosos” (cascalhos).
Apesar da ligação do cimento asfáltico não ser boa em relação a determinados tipos de
agregados, esta ligação pode ser melhorada através da adição de determinadas
substâncias tais como cal, pó calcário ou os agentes melhoradores de adesividade,
também chamados “dopes”. Estes materiais associados aos agregados fazem com que
a ligação do cimento asfáltico seja aumentada, possibilitando misturas asfálticas
melhores.
5.5 - Propriedades físicas dos agregados
Agregados para misturas asfálticas são usualmente classificados pelo tamanho como
agregados graúdos, miúdos e fileres mineral. A ASTM C294 “Nomenclatura descritiva
dos constituintes dos agregados minerais naturais” define agregado graúdo como
partículas retidas na peneira n° 4 (4,8mm), agregado fino como aquele que passa na
peneira n° 4 e filer mineral como o material com um mínimo de 70% passante na
peneira n° 200 (0,075mm). As especificações americanas SUPERPAVE do programa
SHRP definem o material passante na peneira nº 200 (0,075mm) como “dust”, podendo
ser traduzido como “pó” para diferenciar de termo filer. Outras agências usam a peneira
n° 8 (2,36mm) como o Instituto de Asfalto ou a peneira n° 10 (2,0mm) como a linha que
divide os agregados graúdos dos miúdos.
100
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Para o DNER considera-se agregado graúdo aquele cujas partículas ficam retidas na
peneira de 2,0 mm (n° 10), agregado miúdo aquele cujas partículas ficam retidas entre
as peneiras de 2,0 mm (n° 10) e 0,075 mm (n°200). O filer ou material de enchimento é
aquele que deve ter pelo menos 65% passante na peneira de 0,075 mm (n° 200). A
Especificação de Material EM 367/97 “Material de enchimento para misturas
betuminosas” do DNER determina uma faixa granulométrica para o filer, onde o
material deve ser 100% passante na peneira de 0,42 mm (n° 40), ter entre 95 e 100%
de material passante na peneira de 0,18 mm (n° 80) e entre 65 e 100% passante na
peneira de 0,075 mm (n° 200). Cita como exemplos de filer o cimento Portland, o pó
calcário e a cal hidratada.
A NBR 9935 que define os termos relativos a agregados em concreto de cimento
Portland adota como agregado graúdo todo material granular com pelo menos 95%, em
massa, dos grãos retidos na peneira de 4,8 mm (n° 4), agregado miúdo aquele com
pelo menos 95% em massa que passa pela peneira de 4,8 mm (n° 4). O filer é definido,
segundo esta especificação, como todo material granular que passa na peneira de 0,15
mm (n° 100).
Agregado para misturas asfálticas geralmente deve ser: duro, tenaz, forte, durável
(são), bem graduado, ser constituído de partículas cúbicas com baixa porosidade e
com superfícies limpas, rugosas e hidrofóbicas. A adequação de agregados para uso
em misturas asfálticas é determinada pela avaliação das seguintes características:
1 – Tenacidade
2- Resistência Abrasiva
3- Dureza
4- Durabilidade
5- Sanidade
6- Forma da Partícula (lamelaridade e angulosidade)
7- Textura Superficial
8- Limpeza / Materiais Deletérios
9- Afinidade ao asfalto
10- Porosidade e Absorção
11- Características expansivas
12- Polimento e Características Friccionais
13- Tamanho e graduação
14- Densidade Específica / Massa Específica
Todas estas características também são abordadas de alguma forma pelas normas
brasileiras, através de vários métodos de ensaios, instruções de ensaios,
especificações de serviço e materiais e procedimentos de órgãos rodoviários como o
DNER ou pela ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas).
KANDHAL et al (1997) afirmam que muitos dos ensaios de agregados correntes foram
desenvolvidos para caracterizar as propriedades dos agregados empiricamente sem,
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necessariamente, ter relações fortes com o desempenho do produto final (tais como
misturas asfálticas) que incorpore agregado.
5.5.1 - Tenacidade, resistência abrasiva e dureza
Os agregados devem transmitir as cargas de rodas às camadas sobrejacentes por
intermédio do atrito interno e também devem ser resistentes à abrasão e ao polimento
devido ao tráfego. São sujeitos à fragmentação (quebra) e ao uso abrasivo durante sua
produção, transporte e compactação das misturas asfálticas. Eles devem ser duros e
tenazes para resistir a britagem, degradação e desintegração quando estocados,
manipulados através de algum equipamento durante a produção de uma mistura
asfáltica, espalhadas no pavimento, compactados com rolos e quando solicitados por
caminhões (ROBERTS et al 1996).
A Abrasão Los Angeles é uma medida preliminar da resistência do agregado graúdo à
degradação por abrasão e impacto; entretanto, segundo ROBERTS et al (1996),
observações de campo não mostram uma boa relação entre a perda de abrasão Los
Angeles e o desempenho. Este ensaio não é satisfatório para uso em escórias, cinzas
vulcânicas ou outros agregados leves. A experiência mostra que muitos destes
agregados produzem excelente desempenho mesmo com valor de abrasão Los
Angeles alto. Um detalhe que deve ser observado quando se utilizam agregados com
alto valor de abrasão Los Angeles em misturas asfálticas é a produção de pó durante
sua manipulação e a produção da mistura asfáltica. O alto índice de pó poderá causar
problemas ambientais assim como problemas no controle da mistura.O ensaio LA foi
originalmente desenvolvido no meio dos anos 20 pelo Laboratório Municipal de ensaios
da Cidade de Los Angeles, Califórnia.
A tenacidade e resistência abrasiva são tratadas por algumas normas brasileiras,
mesmo que indiretamente através das metodologias citadas abaixo. Nestes ensaios,
os agregados são submetidos a algum tipo de degradação mecânica e medida a
alteração provocada, principalmente na granulometria original, ao final da
degradação. Desta forma, as características de tenacidade, resistência abrasiva e
até mesmo de dureza dos agregados são presumidamente avaliadas. Em virtude
destas características de procedimentos serem semelhantes nestes ensaios, foram
assim agrupados:
- DNER ME 035/98 ou NBRNM 51 “Agregados – determinação da abrasão Los
Angeles”
- DNER ME 197/97 ou NBR 9938 “Agregados – determinação da resistência ao
esmagamento de agregados graúdos”
- DNER ME 096/98 “Agregado graúdo – avaliação da resistência mecânica pelo
método dos 10% de finos”
- DNER ME 397/99 “Agregados – determinação do índice de degradação
Washington – IDW”
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- DNER ME 398/99 “Agregados – determinação do índice de degradação após
compactação Proctor IDP”
- DNER ME 399/99 “Agregados – determinação da perda ao choque no aparelho
Treton”
- DNER ME 401/99 “Agregados – determinação do índice de degradação de rochas
após compactação Marshall, com ligante – IDML e sem ligante – IDM”
As especificações brasileiras para serviços de pavimentação que envolvem o uso de
agregados como execução de camadas de base e revestimento, normalmente
limitam o valor da Abrasão Los Angeles (LA) entre 40 e 55%.
Agregados de algumas regiões do Brasil, como por exemplo a região do município
do Rio de Janeiro, apresentam o valor da abrasão Los Angeles muito acima de
55%, em alguns casos, chegando a 65%. Devido à impossibilidade de se encontrar
agregados com este parâmetro atendido nas proximidades da obra, muitas rodovias
foram pavimentadas usando-se os agregados da região do Rio de janeiro, embora
estivessem em desacordo com a especificação vigente, mas com a autorização do
DNER para tal procedimento. O trecho da BR-040, próximo ao município do Rio de
Janeiro, foi assim constituído.
Em virtude desta experiência e de outras em que agregados com abrasão Los
Angeles acima do limite superior foram usados e o desempenho ao longo dos anos
mostrou-se satisfatório quanto a este parâmetro, o DNER passou a recomendar a
execução de outros ensaios a serem conduzidos nos agregados que
apresentassem o valor da abrasão Los Angeles acima do limite superior
especificado. A indicação destes ensaios assim com a adoção de valores limites
para os mesmos foram sugeridos em recente pesquisa do IPR-DNER (IPR, 1998).
Estes ensaios mais recentes são os seguintes: DNER ME 397/99, DNER ME
398/99, DNER ME 399/99, DNER ME 400/99 e DNER ME 401/99 que serão
descritos a seguir.
A tabela a seguir apresenta para estes métodos de ensaios para agregados mais
recentemente padronizados no Brasil os valores limites que foram estabelecidos em
recente pesquisa do DNER (IPR, 1998).
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Métodos de Ensaios de Características Mecânicas e Valores de Aceitação de
Agregados (IPR, 1998)
Métodos de Ensaios
Valores Limite – Tentativa
DNER ME 35/94 “Agregado – determinação da
LA ≤ 65%
abrasão Los Angeles”
DNER ME 399/99 “Agregados – determinação da
T ≤ 60%
perda ao choque no aparelho Treton”
DNER – ME 96/98: Agregado graúdo avaliação da
10% Finos ≥ 60 KN
resistência mecânica pelo método dos 10% de
finos”
ME 401/99 “Agregados – determinação do índice
IDM c/ Ligante ≤ 5
de degradação de rochas após compactação
IDM s/ Ligante ≤ 8
Marshall, com ligante – IDML e sem ligante – IDM”
ME 398/99 “Agregados – determinação do índice
IDP ≤ 6
de degradação após compactação Proctor IDP”
ME 397/99 “Agregados – determinação do índice
IDW ≥ 30
de degradação Washington – IDW”
E ≥ 60
ME 197/97 ou NBR 9938 “Agregados –
determinação da resistência ao esmagamento de
agregados graúdos”
5.5.2 - Durabilidade e sanidade
Os agregados também devem ser resistentes ao quebramento ou desintegração
quando sujeitos ao umedecimento e secagem e/ou congelamento e degelo. Se a
cobertura de cimento asfáltico permanece intacta, estes ciclos de intemperismo não
afetam significativamente as misturas asfálticas. Entretanto, a água pode penetrar nas
partículas de agregados se alguma degradação da mistura asfáltica ocorreu durante a
construção. Partículas frágeis e fracas que se quebram durante a compactação
produzem fácil acesso para a água. A água também pode penetrar se a mistura
asfáltica apresentar descolamento (WU et al 1998).
Segundo ROBERTS et al (1996) os agregados devem ser resistentes ao colapso ou
desintegração sob a ação de molhagem e secagem e/ou congelamento e degelo
(intemperismo).
A durabilidade e a Sanidade podem ser avaliadas pelas normas brasileiras através
das seguintes normas:
- ME 089/94 – “Agregados: Avaliação da durabilidade pelo emprego de Soluções de
Sulfato de Sódio ou de Magnésio”
- ME 400/99 – “Agregados – Desgaste após fervura de agregado pétreo natural”
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A norma ME 089/94 fixa o modo pelo qual se determina a resistência à
desintegração dos agregados sujeitos a ação do tempo, pelo ataque de soluções
saturadas de sulfato de sódio ou de magnésio.
As especificações brasileiras para serviços de pavimentação que envolvem o uso de
agregados, como camadas de base e revestimento, aconselham que não se deve
utilizar agregados que apresentem perda superior a 12% em 5 ciclos.O ensaio de
sanidade tem a intenção de produzir uma estimativa da resistência do agregado à
ação do intemperismo.
5.5.3 - Forma da partícula e textura superficial
Para uso em misturas asfálticas as partículas de agregados devem ser mais cúbicas
que planas (chatas), finas ou alongadas. Em misturas compactadas, as partículas de
forma angular exibem um maior intertravamento e atrito interno, resultando
consequentemente em uma maior estabilidade mecânica que partículas arredondadas.
Por outro lado, misturas que contém partículas arredondadas, tais como a maioria dos
cascalhos naturais e areias, tem uma melhor trabalhabilidade e requerem menor
esforço de compactação para se obter a densidade requerida. Esta facilidade de
compactar não constitui necessariamente uma vantagem, visto que as misturas que
são mais fáceis de compactar durante a construção podem continuar a densificar sob
ação do tráfego, levando à deformações permanentes devido aos baixos índices de
vazios e fluxo plástico (ROBERTS et al, 1996).
Tanto a forma da partícula como a textura superficial também influencia na
trabalhabilidade e na resistência da mistura asfáltica. Uma textura superficial rugosa,
como uma lixa, encontrada na maioria das rochas britadas tende a aumentar a
resistência e requerem cimento asfáltico adicional para superar a perda de
trabalhabilidade, quando comparada com agregados de superfícies lisas como
cascalhos e areias de rio. Vazios na massa compactada de agregados de textura
rugosa também são normalmente altos produzindo espaço adicional para o cimento
asfáltico. Agregados de textura lisa podem ser mais facilmente cobertos pelo filme
asfáltico, mas o cimento asfáltico forma usualmente ligações mecânicas mais fortes
com os agregados de textura rugosa (ROBERTS et al, 1996).
No Brasil, os ensaios que são utilizados para avaliar a forma de partícula e textura
superficial de agregado graúdo são os seguintes:
- ME 086/94 “Agregado – determinação do índice de forma”
- ABNT NBR 7809 “Agregado Graúdo – determinação do índice de forma pelo
método do paquímetro”
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No Brasil não existe ensaio específico que determine a forma de partícula ou a
textura superficial de agregados finos. O Método ME 086/94 do DNER, citado
anteriormente só é aplicável para agregados acima de 4,8mm (ou 3,2mm segundo a
direção menor). A NBR 7809 também não contempla agregados miúdos por ser
impraticável o procedimento para partículas pequenas.
5.5.4 - Limpeza e materiais deletérios
Para ROBERTS et al (1996) a limpeza refere-se à ausência de certos materiais
estranhos e deletérios que tornam os agregados indesejáveis para misturas asfálticas.
Lavar agregados sujos pode reduzir a quantidade de matéria estranha indesejada a um
nível aceitável. Estes materiais objetivamente incluem vegetação, xisto argiloso,
partículas frágeis, torrão de argila, argila cobrindo partículas de agregados e às vezes,
excesso de pó da operação de britagem.
Para KANDHAL et al (1997) a limpeza tem a ver com as coberturas presentes
nas partículas de agregado ou o excesso de partículas mais finas que 75µm
(peneira N° 200), ao passo que material deletério se refere a partículas
individuais que são feitas de materiais inadequados ou insalubres.
Além da análise petrográfica, já citada, outros ensaios podem ser usados para
identificar e medir a quantidade de materiais deletérios.
Com a introdução das regulamentações ambientais e a adoção subsequente de
sistemas de coleta de pó, passou a existir um retorno da maior parte dos finos para as
misturas asfálticas.
Segundo KANDHAL et al (1998) os finos podem influenciar o desempenho de misturas
asfálticas nas seguintes circunstâncias:
1 – dependendo do tamanho das partículas, os finos podem atuar como um filer ou
como um componente do ligante asfáltico. Em certos casos pode-se uma mistura muito
rica em asfalto (“gorda”) levar a fluência e/ou a deformação permanente. Em muitos
casos a quantidade de cimento asfáltico usado deve ser reduzida para prevenir a perda
de estabilidade ou uma exsudação.
2 – Alguns finos tem um considerável efeito sobre o cimento asfáltico fazendo-o atuar
como um cimento asfáltico mais rígido comparado ao cimento asfáltico puro e isso
afeta o desempenho da mistura asfáltica no comportamento à fadiga.
3 – Alguns finos tornam as misturas asfálticas sensíveis ao dano induzido por umidade.
As normas Brasileiras que tratam deste assunto são as seguintes:
- ME 054/97 – “Equivalente de areia”
- ME 082/94 – “Solos – determinação do limite de plasticidade”
- ME 122/94 – “Solos – determinação do limite de líquidos”
- ME 266/97 ou NBR 7219 - “Agregados – determinação do teor de materiais
pulverulentos”
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- ME 055/95 – “Impurezas orgânicas na areia”
- NBR 7220 – “Agregados – determinação de impurezas húmicas em agregado
miúdo”
- NM 32 – “Agregado Graúdo – método de ensaio de partículas friáveis”
- NBR 7218 – “Agregados: Determinação do teor de argila em torrões e materiais
friáveis”
O ensaio ME 054/97 “Equivalente de Areia” determina a proporção relativa de finos no
agregado fino ou em solos. O ensaio de equivalente de areia foi desenvolvido por
Hveen para determinar a quantidade de argila presente no agregado fino é prejudicial
ao desempenho de misturas asfálticas. É usado para determinar a proporção relativa
de finos plásticos e pó em agregados finos.
Os ensaios ME 082/94 e ME 122/94 determinam o limite de plasticidade e o limite
de liquidez de solos. A determinação do Índice de plasticidade (IP) se faz pela
subtração do Limite de Plasticidade (LP) do Limite de Liquidez (LL). O IP é uma
medida do grau de plasticidade dos finos (material passante na peneira n° 200) e
pode indicar indiretamente a quantidade e o tipo de finos plásticos. Este parâmetro
(IP) é utilizado pelo DNER para medir o grau de plasticidade dos solos quando estes
são usados como agregados finos nos serviços de pavimentação. As especificações
de serviços para confecção de camadas do pavimento limitam os valores para estes
parâmetros. Para bases estabilizadas granulometricamente (DNER ES 303/97), o
LL deverá ser inferior ou igual a 25% e o IP deve ser inferior ou igual a 6. Para
outros tipos de camadas os limites podem ser diferentes destes citados.
O ensaio ME 266/97 ou NBR 7219 prescreve o método para a determinação de
materiais pulverulentos presentes em agregados destinados ao preparo do
concreto. Esta norma define como materiais pulverulentos as partículas minerais
com dimensão inferior a 0,075 mm, inclusive os materiais solúveis em água,
presentes nos agregados.
O ensaio ME 055/95 determina o teor de impurezas orgânicas presente em areias.
É mais utilizado na dosagem de concretos de cimento Portland.
A NBR 7220 da ABNT prescreve o método de determinação colorimétrica de
impurezas orgânicas húmicas em agregado miúdo, também destinado ao emprego
em concreto de cimento Portland.
A NM 32 da ABNT define o método para determinação da porcentagem de
partículas friáveis presentes no agregado graúdo para concretos de cimento
Portland.
A NBR 7218 da ABNT prescreve o método para a determinação do teor de argila
em torrões e materiais friáveis, eventualmente presentes em agregados, destinados
ao preparo do concreto de cimento Portland.
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5.5.5 - Afinidade ao asfalto
A presença de finos plásticos na porção fina dos agregados de misturas asfálticas pode
induzir descolamento na mistura quando exposta à água ou umidade.
A presença de pó e cobertura de argila no agregado graúdo e/ou fino pode inibir a
cobertura entre o cimento asfáltico e o agregado e produzir canais para a penetração
da água. O cimento asfáltico fica sobre a cobertura de pó e não entra em contato com a
superfície do agregado resultando em descolamento da mistura asfáltica.
Existe também a hipótese de que algum material argiloso muito fino possa causar
deslocamento pela emulsificação do cimento asfáltico na presença de água. Finos
plásticos em excesso também podem enrijecer o cimento asfáltico, e
conseqüentemente levar a mistura asfáltica a trincamento por fadiga.
O ensaio de Azul de Metileno é um método francês, recomendado pela Associação
Internacional de Lama Asfáltica (ISSA) para avaliar a quantidade de argila nociva do
grupo das montmorilonitas, matéria orgânica e hidróxido de ferro presentes em
agregados finos.
O equivalente de areia mede a quantidade relativa de partículas de argila em um
agregado fino. O ensaio do Azul de Metileno determina a quantidade e a natureza do
material potencialmente prejudicial, tal como argila ou matéria orgânica, que pode estar
presente em um agregado.
De todos os métodos avaliados para medir suscetibilidade à umidade, o AASHTO T
283 “Resistência de mistura betuminosa compactada ao dano induzido de umidade”
(Ensaio de Lottman modificado) é o mais usado e sua confiabilidade é considerada
melhor que numerosos outros métodos testados.
Nas normas brasileiras, a avaliação do descolamento da película asfáltica devido a
exposição à água ou umidade é feita através dos ensaios de adesividade. O DNER
recomenda os métodos ME078/94 “Agregado graúdo – Adesividade a ligante
betuminoso” e o ME 079/94 “Agregado – Adesividade a ligante betuminoso”
O DNER ME 078/94 fixa o modo pelo qual se verifica a adesividade de agregado
graúdo ao ligante betuminoso. Define -se adesividade de agregado ao material
betuminoso como a propriedade que tem o agregado de ser aderido por material
betuminoso. É verificada pelo não deslocamento da película betuminosa que recobre o
agregado, quando a mistura agregado-ligante é submetida, a 40° C, à ação de água
destilada, durante 72 horas.
O DNER ME 079/94 é uma norma que descreve método para determinar adesividade
de agregado a ligante betuminoso. É aplicado para agregado passante na peneira com
0,59 mm de abertura. Neste ensaio a adesividade é avaliada pelo não deslocamento da
película betuminosa que recobre o agregado, quando a mistura agregado-ligante é
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submetida à ação da água destilada fervente e às soluções molares de carbonato de
sódio ferventes.
A ABNT prescreve os métodos NBR 12583 “Agregado graúdo – verificação da
adesividade a ligante betuminoso” e NBR 12584 “Agregado miúdo – verificação da
adesividade a ligante betuminoso” para a avaliação da adesividade. Os procedimentos
são semelhantes aos descritos anteriormente.
5.5.6 - Porosidade e absorção
Segundo KANDHAL et al (1997) nenhum dado significativo de pesquisa ainda é
apropriado para indicar alguma relação entre a absorção de água do agregado e o
desempenho da mistura asfáltica que utilize aquele agregado. O valor máximo
permitido para a absorção de água pelos estados americanos varia muito: de 2 a 6%.
No Brasil, absorção de agregados graúdos é determinada pelas normas ME 195/98
ou NBR 9937/87 “Agregados - determinação da absorção e da massa específica de
Agregado graúdo”
A normas DNER ME 084/95 e NM 52 da ABNT que tratam da determinação da
densidade de agregados miúdos não tratam da determinação da absorção. Mas
para agregados miúdos existe a NM 30 da ABNT denominada “Agregado miúdo –
Determinação da absorção de água”.
5.5.7 - Características expansivas
Um método que mede característica de inchamento, no sentido de empolamento de
agregado é o ME 192/97 ou NBR 6467 “Agregados – determinação do inchamento
de Agregado miúdo”. O inchamento do agregado miúdo é o fenômeno da variação
do volume aparente, provocado pela absorção de água livre pelos grãos e que
incide sobre a sua massa unitária. Este também é um ensaio mais usado durante os
procedimentos de dosagem de concreto de cimento Portland, onde o inchamento da
areia deve ser determinado para uma precisa quantificação volumétrica do traço.
Existem outros ensaios que medem expansibilidade de solos como a ME 029/94
“Solos- determinação da expansibilidade” ou o próprio ensaio para a determinação
do Índice de Suporte Califórnia (ISC ou CBR) através da ME 049/94.
5.5.8 - Polimento e características de atrito
Teor de cal/carbonatos e exigências de resíduos insolúveis são incluídos em
especificações para restringir a quantidade de agregados “carbonatados” usados em
misturas superficiais e/ou restringir os agregados de mineralogia calcária usada em
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misturas superficiais. A intenção destas restrições é assegurar que algum mineral
resistente ao polimento (silicoso) esteja exposto na interface superfície/pavimento/
pneu.
No Brasil, exige-se um procedimento para avaliação da superfície de rolamento
durante a construção e operação do revestimento. A ES 313/97 do DNER “Concreto
Betuminoso” que especifica o uso e aplicação do concreto asfáltico, recomenda o
uso do Pêndulo Britânico e do ensaio de Mancha de Areia no item sobre condições
de segurança. Neste item, recomenda-se que o revestimento acabado deverá
apresentar VRD (valor de Resistência à Derrapagem) superior a 55 medido com
auxílio do Pêndulo britânico. Ainda existe a avaliação pelo “µ-meter” que é a mais
utilizada pelo Ministério da Aeronáutica Brasileiro.
O pêndulo britânico é um equipamento tipo impacto dinâmico usado para medir a perda
de energia quando uma ponta de borracha é propelida sobre uma superfície de teste. O
equipamento é apropriado tanto para laboratório quanto para ensaios em campo sobre
superfícies planas e para amostras obtidas de ensaios com rodas de polimento
acelerado.
O ensaio da Mancha de Areia é a forma mais difundida de se medir a macrotextura (O
Pêndulo Britânico mede a microtextura).
Este ensaio é de medição pontual sobre a superfície da pista. Segundo PEREIRA
(1998), apesar do seu baixo rendimento, o valor da altura de areia é adotada em muitos
países e são definidos limites aceitáveis em função de vários tipos de superfícies e das
classes das vias. Outros equipamentos baseados em técnicas de medição sem
contato, à raio laser, também são utilizados para avaliar a macrotextura em nível de
rede, mas suas medições são sempre correlacionadas com a altura de areia para cada
tipo de revestimento.
O µ-meter é um equipamento que consiste de um reboque constituído por 3 rodas
montadas em uma estrutura metálica triangular. Nele registram-se as informações
referentes às condições de atrito da pista de forma contínua.
5.5.9 - Densidade específica / massa específica
Segundo PINTO (2000) as relações entre quantidade de matéria (massa) e volume são
denominadas massas específicas, e expressas geralmente em ton/m3, kg/dm3 ou g/cm3
e as relações entre pesos e volumes são denominados pesos específicos e expressos
geralmente em KN / m3 .
A expressão “densidade”, comum na engenharia, se refere à massa específica e
“densidade relativa” é a relação entre a densidade do material e a densidade da água a
4°C. Como esta é igual a 1 kg/dm3 , resulta que a densidade relativa tem o mesmo valor
que a massa específica (expressa em g/cm3 , kg/dm3 ou t/m3 ), mas é adimensional.
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Como a relação entre o peso específico de um material e o peso específico da água a
4°C é igual à relação das massas específicas, é comum se estender o conceito de
densidade relativa à relação dos pesos e se adotar como peso específico a densidade
relativa do material multiplicada pelo peso específico da água (PINTO, 2000).
O termo Densidade e Massa Específica são freqüentemente usados, o que sugere que
eles tenham o mesmo significado, embora isto seja tecnicamente incorreto.
A densidade relativa (Specific Gravity) de um agregado é a razão do peso de uma
unidade de volume do material para o peso do mesmo volume de água à temperatura
de 20 a 25 °C (aproximadamente 23°C) (1)
Teoricamente tem-se a seguinte equação que define a Densidade Relativa:
Densidade Relativa =
Peso
.
volume (peso unitário de água)
Como no sistema métrico o peso unitário da água é 1g por ml, então temos:
Densidade Relativa = Peso .
Volume
Deste modo a Densidade relativa seria então adimensional.
O termo “massa específica”, usual no Brasil, é definido pelo Sistema Internacional (S.I.)
como “density”. Já o termo “densidade” é definido pelo S.I. por “mass density”. Em
ambos, as unidades são Kg/m3 , g/m3, etc. e são designados por “ρ”.
O termo “peso específico” usado no Brasil é definido por “weight density” pelo S.I. É
designado por “η” e a unidade é N/m3 . O termo “specific Weight” é incorreto segundo o
S.I.
O termo “densidade específico” usualmente empregado no Brasil é definido por
“relative density” pelo S.I. e designada por “d”. É obtida dividindo-se a massa específica
“ρ” do material (agregado) pela massa específica da água a 4º C. É portanto
adimensional. O termo “specific gravity” é incorreto segundo o S.I.
Portanto, os termos portugueses que melhor atendem ao S.I. seriam, conforme
MEDINA (2001):
ρ: densidade mássica
η densidade ponderal
d: densidade relativa
Para agregados, são comuns as seguintes definições:
Densidade Específica Real (Gsa): É a razão entre o peso seco em estufa, ao ar, de
uma unidade de volume de um material impermeável a uma temperatura fixa e o peso
de um volume igual de água destilada livre de gás a uma temperatura fixa. Gsa é
normalmente usada para cálculos (transformação) de peso para volume dos fileres
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minerais somente, visto que os valores do Gsa desta fração são muito difíceis de
obter.
Densidade Específica Aparente, Seca (Gsb): A razão entre o peso seco em estufa,
ao ar, de um volume unitário de um material permeável (incluindo tanto vazios
permeáveis quanto impermeáveis para o material) a uma temperatura fixa e o peso de
um volume igual de água destilada livre de gás a uma temperatura fixa.
Densidade Específica Aparente na Condição Saturada Superfície Seca (Gsb ssd):
É a razão entre o Peso SSS ao ar de um volume unitário de um material permeável
(incluindo tanto vazios permeáveis e impermeáveis normal para o material) a uma
temperatura fixa e o peso de igual volume de água destilada livre de gás a uma
temperatura fixa. Esta densidade específica é raramente usada nos projetos de
misturas betuminosas a quente.
Densidade Específica Efetiva (Gse): É a razão entre o peso seco em estufa ao ar de
um volume unitário de um material permeável (excluindo vazios permeáveis ao asfalto)
a uma temperatura fixa e o peso de um volume igual de água destilada livre de gás a
uma temperatura fixa.
Os Ensaios para determinação da Densidade / Massa Específica de Agregados são os
seguintes:
- Para Agregados Graúdos as normas americanas que tratam do assunto (ASTM C127
e AASHTO T85) sugerem as seguintes expressões para determinação da densidade
relativa de agregados graúdos:
Gsa =
A
A-C
Densidade Real
(1)
Gsb =
A
B-C
Densidade Aparente
(2)
Absorção = (B - A) x 100
A
Onde:
(3)
A = Peso do agregado seco em estufa
B = Peso do agregado na condição saturada superfície seca após 24h de
imersão em água
C = Peso do agregado imerso em água
O método de ensaio adotado pelo DNER (ME-081/94) para determinação de
densidades relativas tem os procedimentos análogos aos das normas americanas, já
citadas e descritas anteriormente. Porém, a equação (1) é determinada pelo DNER e
por PINTO (1996) como sendo a “densidade real do grão”. A equação (2) é
denominada por “densidade aparente do grão”.
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A NBR 9937 da ABNT, designada por “Agregados - determinação da absorção e da
massa específica de agregado graúdo” define procedimento para a obtenção da massa
específica na condição seca (γs) e massa específica na condição saturada superfície
seca (γsss), assim como da absorção (a).
O procedimento de ensaio é idêntico ao do DNER e das normas americanas já citadas,
ou seja, são feitas 3 determinações de peso: peso seco (A), peso na condição saturada
superfície seca (B) e peso imerso (C). A expressão que define a massa específica seca
(γs) é a seguinte:
γs = A .
B-C
Ou seja, é a mesma que o DNER define como “Densidade Aparente do Grão” e que as
normas americanas chamam de Gsb.
Já a expressão que define a massa específica da condição saturada superfície seca
(γsss) é a seguinte:
γsss = B ,
que difere das demais, anteriormente citadas
B–C
Esta expressão é a mesma empregada pela ASTM C127 na definição do termo GsbSSD
(Bulk Specific Gravity Saturated Surface Dry)
A expressão para a absorção é a mesma em todas as referências, ou seja:
a = B - A x 100.
A
Portanto, pelas normas brasileiras o termo “densidade real” é numericamente maior
que a densidade aparente. Nas normas americanas o termo “apparent specific gravity”
(traduzido como densidade relativa aparente) é numericamente maior que a “bulk
specific gravity” (traduzida como densidade relativa global). Dessa forma o termo em
inglês “bulk” é que significa aparente e o termo “apparent” é comparado ao termo “real”
em português, uma vez que os vazios que são impermeáveis não têm como serem
mensurados, daí não ser possível obter a densidade real absoluta. Muito cuidado devese tomar com estes termos durante os cálculos das misturas asfálticas.
- Para agregados miúdos o DNER indica um procedimento para determinação da
densidade relativa de agregados miúdos (ME 084/94) e o denomina de “densidade real
dos grãos”. Este procedimento é semelhante ao do ensaio para determinação da
“Massa específica aparente seca” (γs) de solos (ME 094/94) e faz uso do picnômetro
de 500ml. A densidade real do grão é calculada pela seguinte expressão:
DT =
x γat1
γat
P2 - P1
γat1 . (P4 - P1) - ( P3 - P2)
γat2
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Onde:
P1 = Peso do picnômetro limpo e seco (P1)
P2 = Peso do picnômetro mais amostra
P3 = Peso do picnômetro mais amostra e água, após fervura (mede T1)
P4 = P2 = Peso do picnômetro mais água (mede T2)
γat1 = densidade relativa da água na temperatura T1
γat2 = densidade relativa da água na temperatura T2
γat = densidade relativa da água na temperatura T desejada
Quando se trabalha com mistura de 2 ou mais frações (ou 2 ou mais agregados) podese computar um valor para a densidade relativa média através de um valor médio
ponderado das várias frações (agregados) que constituem a mistura, pela seguinte
equação:
G = P1 + P2 + ... + Pn
P1 + P2 + ... + Pn
G1 G2
Gn
(7)
onde:
G = Densidade relativa média (aparente ou global)
G1, G2, ... , Gn = Valores das densidades relativas para as frações (agregado)
1, 2, ... , n (aparente ou real)
P1, P2, ... , Pn = Porcentagem em peso das frações (agregado) 1, 2, ... , n.
Em relação aos valores de G1, G2,...,Gn usados na equação (7), PINTO (1996)
recomenda que estes valores sejam obtidos pela média entre a densidade real e a
aparente para agregados graúdos e miúdos e pelo valor da densidade real
para o
filer mineral usado. Segundo o ASPHALT INSTITUTE (1995) estes valores devem ser
tomados pelo Gsb (densidade aparente) dos constituintes da mistura.
A maioria das misturas betuminosas contém vários agregados diferentes (pedregulho,
areia, filer, etc.) que são combinados para encontrar a graduação desejada.
Usualmente, estes agregados têm densidades específicas diferentes que necessitam
serem combinados para determinar as relações peso-volume das misturas. (ROBERTS
et al 1996).
A densidade específica aparente de filer mineral é difícil de se determinar corretamente
até o presente segundo ROBERTS et al (1996). Entretanto, a densidade específica
aparente do filer pode ser usada e o erro será desconsiderado.
5.5.10 - Análise granulométrica
A graduação do agregado é a distribuição dos tamanhos de partículas expressa em
porcentagem do peso total. A graduação é obtida fazendo-se passar o material através
de uma série de peneiras empilhadas com aberturas progressivamente menores, e
pesando-se o material retido em cada uma.
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Para ROBERTS et al (1996), no entanto, expressar a graduação como uma
porcentagem do volume total é mais importante, porém a graduação como uma
porcentagem do peso é mais fácil e já é um padrão tradicional. As graduações pelo
volume e peso são aproximadamente iguais. Se existem grandes diferenças nas
densidades específicas dos agregados usados para uma mistura em particular, então a
graduação deve ser determinada como uma porcentagem do volume total.
A graduação de um agregado pode ser graficamente representada por uma curva
granulométrica na qual a ordenada é a porcentagem total de peso passante em um
dado tamanho sobre uma escala aritmética, enquanto que a abscissa é o tamanho da
partícula plotada sob uma escala logarítmica. As peneiras que têm designação em
polegadas (3/4, 3/8, etc.) significam que a abertura das malhas é aquela referida.
Quando a designação é por nº da peneira (nº 10, 4, 40, 80, 200, etc.) significa que
existe aquele nº de aberturas por polegada quadrada, levando-se em consideração a
espessura do fio usado na malha da peneira. A peneira nº 10, por exemplo, significa
que em 25,4mm2 de malha existem 10 orifícios. O tamanho do orifício é menor que
1/10 de polegada, uma vez que a espessura do fio deve ser descontada.
A graduação é talvez a propriedade mais importante de um agregado. Ela afeta quase
todas as propriedades importantes de uma mistura incluindo rigidez, estabilidade,
durabilidade, permeabilidade, trabalhabilidade, resistência à fadiga, resistência por
atrito e resistência ao dano por umidade. Por isso, a graduação é a primeira
consideração num projeto de mistura asfáltica e as especificações usadas pela maioria
dos estados americanos colocam limites na graduação do agregado que pode ser
usado numa mistura asfáltica.
A graduação de um agregado pode ser expressa como a porcentagem passante total,
porcentagem retida total (ou acumulada) ou porcentagem retida (porcentagem do total
que passa numa peneira e é retida na imediatamente inferior).
Usualmente as graduações são expressas como porcentagem passante total, que
indica o percentual total de agregado em peso que passa em cada uma das peneiras.
A percentagem retida total é o somatório do peso retido em cada uma das peneiras. A
porcentagem retida, de dois tamanhos sucessivos de peneiras ou porcentagem
individual de cada tamanho é o percentual retido em peso em cada peneira.
Em todas as especificações de pavimentos asfálticos de mistura a quente é
estabelecido que as partículas de agregado devam estar dentro de uma gama de
tamanhos e que cada tamanho de partícula esteja presente em certa proporção. Esta
distribuição dos vários tamanhos de partículas do agregado é conhecida como
graduação do agregado ou graduação da mistura. Para se determinar se uma
graduação satisfaz ou não às especificações, é necessário compreender como é feita a
medição do tamanho das partículas.
Para ROBERTS et al (1996) a melhor graduação para uma mistura betuminosa é
aquela que proporcione um arranjo das partículas mais denso. Com a máxima
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densidade ter-se-ia aumento na estabilidade, através do aumento dos contatos
interpartículas e se reduziria os vazios no agregado mineral. Porém, deverão existir
suficientes espaços vazios para permitir que o cimento asfáltico seja incorporado para
assegurar durabilidade e para evitar exsudação e/ou afundamento. Misturas densas
também são mais sensíveis a pequenas variações do teor de asfalto.
Têm sido propostas numerosas graduações ideais para densidade máxima. Uma das
mais conhecidas é aquela proposta por Fuller e Thompson em 1907, conhecida por
Curva de Fuller na qual a equação para a densidade máxima é a seguinte: P = (d/D)n x
100 onde “d” é o diâmetro da peneira em questão, P é a porcentagem total passante ou
mais fina que a peneira, “D” é o tamanho máximo do agregado e “n” é um coeficiente
variável. Para se obter a densidade máxima de um agregado o coeficiente “n” deve ser
igual a 0,5.
No início dos anos 60, a FHWA (Federal Highway Administration) introduziu um gráfico
de graduação de agregados que é baseado na Curva de Fuller mas usa o expoente
0,45 na equação. Este gráfico é muito conveniente para determinar a linha de
densidade máxima e para ajustar a graduação do agregado. Usado este gráfico a linha
de densidade máxima pode ser obtida facilmente ligando através de uma reta a origem
do gráfico (canto inferior esquerdo) até o ponto da porcentagem total do tamanho
nominal máximo. O tamanho nominal máximo é definido como o maior tamanho de
peneira, acima do qual nenhum material é retido. A FHWA recomenda que este gráfico
seja usado como parte do processo de dosagem de misturas asfálticas.
Exemplos desta forma de apresentação da granulometria pode ser vista nas figuras
27 e 28.
Figura 27 – Modelo da forma gráfica de representação da granulometria utilizada pela
FHWA
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Figura 28 – Linha de densidade máxima e pontos de controle utilizando o gráfico de
potencia 0,45
A maioria das especificações para misturas asfálticas americanas requer agregados de
graduação bem graduados ou graduação densa, com metade da curva
aproximadamente paralela à Curva de densidade máxima.
Outro problema, citado por ROBERTS et al (1996), frequentemente causado por
graduação não adequada de agregado é a produção de misturas fracas (sensíveis).
Estas misturas não podem ser compactadas de maneira normal, porque elas são lentas
no desenvolvimento de estabilidade suficiente para suportar o peso do equipamento de
compactação. Na curva granulométrica destas misturas nota-se uma “corcunda” perto
da peneira nº 40 e uma inclinação quase plana entre as
peneiras nº 40 e nº 8. Isto é usual quando se usam areias naturais mal graduadas.
A análise granulométrica por lavagem é uma medida mais precisa da verdadeira
graduação, mas a determinação a seco é mais rápida e frequentemente usada para
estimar a graduação real. Quando se usa o método a seco, a quantidade medida de
material passante na peneira 200 é significativamente menor que a quantidade real da
mistura de agregado. Para agregados limpos, o método a seco pode ser preciso desde
que a quantidade de material passante na peneira 200 seja baixa.
O peneiramento a seco é usualmente satisfatório nos ensaios de rotina de agregados
graduados. Se o agregado contem pó muito fino ou argila, que pode agarrar às
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partículas graúdas de agregado, deve ser feita a análise por peneiramento com
lavagem.
Por várias razões, principalmente aquelas associadas com a obtenção da máxima
densidade e propriedade de vazios desejada, certos limites de graduação são
usualmente exigidos dos agregados para uso em misturas asfálticas. Por ser
improvável que um simples material natural ou britado alcance estas especificações,
dois ou mais agregados de diferentes graduações são tipicamente misturados para
alcançarem os limites especificados. Agregados são também separados em tamanhos
para produzir características de manuseio. Misturas de agregados graúdos e miúdos
em um estoque resulta em segregação. Conseqüentemente, agregados devem ser
separados em tamanhos, por exemplo 3/4” a 3/8” (19 a 9,5 mm), 3/8” a nº 4 (9,5 a 4,8
mm) e menor que nº 4 (4,8 mm) antes de transportar e estocar. Outra razão para a
mistura de agregados é que é freqüentemente mais econômico (nos EUA) combinar
materiais naturais e processados para alcançar as especificações do que usar
materiais totalmente processados (ROBERTS et al, 1996).
Segundo a NBR 7211 - Agregado para concreto, define-se como agregado miúdo o
material cujos grãos passam pela peneira de 4,8 mm (nº 4) e ficam retidos na peneira
de 0,075 mm (nº 200) e agregado graúdo aquele cujos grãos ficam retidos na peneira
de 4,8 mm. Esta mesma norma determina que a granulometria dos agregados miúdos
seja dividida em 4 zonas (1, 2, 3, e 4 ) e a dos agregados graúdos em 5 graduações (0,
1, 2, 3 e 4).
Segundo o Prof. Murilo Lopes de Souza, assim como no caso dos solos, existe uma
escala granulométrica para os agregados. Esta classificação, normalmente seguida nos
serviços de pavimentação, fixa como agregado graúdo a fração retida na peneira de
2,00 mm (nº 10), designada fração pedregulho e como agregado miúdo a fração que
passa na peneira de 2,00 mm e fica retido na peneira de 0,075 mm (nº 200), designada
fração areia. A fração que passa na peneira de 0,075 mm é chamada de filer ou
material de enchimento.
A NBR 7217, denominada: Agregados - Determinação da composição granulométrica,
define duas grandezas bastante utilizadas no estudo dos agregados, quais sejam:
a) Dimensão máxima característica:
Grandeza associada a distribuição granulométrica do agregado, correspondente à
abertura nominal, em mm, da malha de peneira da série normal ou intermediária, na
qual o agregado apresenta uma porcentagem retida acumulada igual ou imediatamente
inferior a 5% em massa. Este termo é costumeiramente chamado de “Diâmetro
Máximo” e também pode ser designado pela abertura nominal de uma peneira pela
qual a porcentagem passante seja igual ou imediatamente superior a 95% em massa.
b) Módulo de finura: Soma das percentagens retidas acumuladas em massa de um
agregado, nas peneiras da série normal, dividida por 100. Relembrado a NBR 5734 118
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Peneiras para ensaio, a série normal e intermediária são assim constituídas, de acordo
com o tamanho nominal das aberturas (em mm):
Série Normal: 76 - 38 - 19 - 9,5 - 4,8 - 2,4 - 1,2 - 0,6 - 0,3 - 0,15
Série Intermediária: 64 - 50 - 32 - 25 - 12,5 - 6,3
O cimento Portland é considerado um filer, do ponto de vista granulométrico, bastante
usado nas misturas betuminosas, mas em concreto de cimento é considerado como
elemento aglutinante (ligante).
Os resultados de análises granulométricas de um agregado pode ser apresentado sob
a forma tabular (Quadro 1) ou de curva granulométrica (Figura 2), geralmente sob a
forma de percentagem total passante em cada peneira.
Para o DNER :
- pedrisco: 6,4 mm > d > 2,00 mm
- pó de pedra : d < 2,00 mm
As curvas granulométricas podem se apresentar segundo duas formas típicas:
A granulação descontínua é aquela na qual existe uma fa lta ou deficiência de certa
fração de tamanho de partículas ( curva 3 da Figura 28).
A granulometria contínua é aquela onde estão presentes todos os tamanhos de
partículas, desde o tamanho máximo até o mínimo ( curva 1,2,4 e 5 da Figura.28).
É a forma adequada e preferencial de se trabalhar em pavimentação, pois evita a
segregação no decorrer do processo construtivo. São classificadas em:
Curvas de graduação densa (fechada): São aqueles que contém de forma adequada
todas as frações granulométricas (curva 1) e satisfazem a equação de Fuller-Talbot :
P = 100 (d/D)n
onde:
P : percentagem, em peso, que passa na peneira de abertura “d”
d : diâmetro da abertura da peneira
D : diâmetro máximo do agregado
n : expoente que varia de 0,4 a 0,6 .
Para valores de “n” abaixo de 0,4 , há excesso de finos (curva 5) e acima de 0,6 há
deficiência de finos (curva 2). Misturas densas apresentam pequena percentagem de
vazios e boa estabilidade.
Curvas de graduação aberta: são aquelas onde existe uma deficiência de finos,
sobretudo de material que passa na # 200. Satisfazem a equação de F.T. para n > 0,6.
(curva 2)
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Curvas de graduação uniforme: são aqueles que apresentam curva granulométrica
onde o tamanho máximo. é próximo do tamanho mínimo. (curva 4). Satisfazem a
equação de F.T. para n>>>>0,6.
Os agregados cujo tamanho mínimo está acima da # 4 são chamados de agregados
tipo macadame (one size agregades).
Outra maneira de estimar a graduação dos agregados é através do coeficiente de
curvatura (Cc) onde os agregados de graduação densa devem apresentar um Cc
compreendido entre 1 e 3 .
Cc =
( D30)2
D10 x D60
Onde :
Cc : coeficiente de curvatura
D30 : tamanho correspondente a porcentagem passante de 30%
D10 : tamanho correspondente a porcentagem passante de 10%
D60 : tamanho correspondente a porcentagem passante de 60%
Os exemplos citados neste item estão expostos no Quadro a seguir e na Figura 29.
Exemplos Numéricos
Diâmetro (Peneiras)
Pol (nº)
(mm)
1”
3/4”
1/2”
3/8”
1/4”
nº 4
nº 10
nº 40
nº 200
25,40
19,10
12,70
9,50
6,35
4,80
2,00
0,42
0,074
Agreg.
01
100
86
71
61
50
44
28
13
6
120
% em
Agreg.
02
100
84
68
57
47
40
23
7
0
Peso
Agreg.
03
100
83
65
52
52
52
34
16
7
Passane
Agreg.
04
100
64
26
0
Agreg.
05
100
80
50
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PENEIRAS
0,075
0,15
0,18
0,3
0,42
0,6
1,2
2,0
2,4
4,8
9,5
12,7
19,1
25,4
38,1
100
90
% Passante
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,01
0,1
Agreg.1
Agreg.2
1
Abertura (mm)
Agreg.3
Figura 29 – Curvas granulométricas t ípicas
121
Agreg. 4
10
Agreg.5
100
Peneiras
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Capítulo 6
MATERIAIS ASFÁLTICOS
O asfalto é um dos mais antigos materiais utilizados pelo homem. Na Mesopotâmia era
usado como aglutinante em serviços de alvenaria e estradas e como impermeabilizante
em reservatório de água e salas de banho. Também são encontradas citações na bíblia
a respeito do uso de material betuminoso na arca de Noé (Gênesis 3,14).
As primeiras aplicações de asfalto para fins de pavimentação foram feitas na França
(1802), Estados Unidos (1838) e Inglaterra (1869). O emprego de asfalto derivado do
petróleo iniciou-se a partir de 1909.
6.1 - Definições
Asfalto : Material de consistência variável, cor pardo-escura, ou negra, e no qual o
constituinte predominante é o BETUME, podendo ocorrer na natureza em jazidas ou
ser obtido pela refinação do Petróleo.
Betume: Mistura de hidrocarbonetos pesados, obtidos em estado natural ou por
diferentes processos físicos ou químicos, com seus derivados de consistência variável
e com poder aglutinante e impermeabilizante, sendo completa mente solúvel no
bissulfeto de carbono (CS2) ou tetracloreto de carbono (CCL4).
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6.2 - Classificação quanto à aplicação
Asfaltos para pavimentação:
a) Cimentos Asfálticos (CAP)
b) Asfaltos Diluídos (AD)
c) Emulsões Asfálticas (EA)
d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros)
Asfaltos industriais:
a) Asfaltos Oxidados ou Soprados
6.3 – Classificação quanto à origem
Asfaltos naturais: Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo
lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). Possuem de 60 a 80% de betume.
Rochas asfálticas: O asfalto aparece impregnando os poros de algumas rochas
(Gilsonita) e também misturado com impurezas minerais (areias e argilas) em
quantidades variáveis. O xisto betuminoso pode ser citado como exemplo de
rocha asfáltica.
Asfaltos de petróleo: Mais empregado e produzido, sendo isento de impurezas.
Pode ser encontrado e produzido nos seguintes estados:
a) Sólido
b) Semi-sólido
c) Líquido: Asfalto dissolvido e Asfalto emulsificado
Alcatrão: Proveniente do refino do alcatrão bruto, que se origina da destilação
dos carvões durante a fabricação de gás e coque. Estão em desuso no Brasil a
mais de 25 anos.
6.4 – Asfaltos para Pavimentação
6.4.1 - Cimento Asfáltico do Petróleo (CAP)
Segundo LEITE (2003) o CAP é por definição um material Adesivo termoplástico,
impermeável à água, viscoelástico e pouco reativo, ou seja:
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- Termoplástico: possibilita manuseio a quente. Após resfriamento retorna a condição
de viscoelasticidade.
- Impermeável: evita a penetração de água (chuva) na estrutura do pavimento,
forçando o escoamento para os dispositivos de drenagem
- Viscoelástico: Combina o comportamento elástico (sob aplicação de carga curta) e o
viscoso (sob longos tempos de aplicação de carga)
- Pouco reativo: Quimicamente, apenas o contato com o ar propicia oxidação lenta,
mas que pode ser acelerado pelo aumento da temperatura.
a) Composição química do CAP
O CAP tem um número de átomos de carbono que varia de 24 a 150, com peso
molecular de 300 a 2000, contendo teores significantes de heteroátomos (nitrogênio,
oxigênio, enxofre, vanádio, níquel e ferro) que exercem papel importante. É constituído
de compostos polares e polarizáveis (capazes de associação) e de compostos não
polares (hidrocarbonetos aromáticos e saturados). Na figura seguinte pode-se ver a
estrutura hipotética de uma molécula de asfalto (LEITE, 2003)
Figura 30 - Estrutura hipotética de uma molécula de asfalto (LEITE, 2003)
No fracionamento do CAP, encontramos 4 categorias principais:
Hidrocarbonetos Saturados (S)
Hidrocarbonetos Aromáticos (A)
Resinas (R)
Asfaltenos (A)
Os 3 primeiros são denominados de maltenos e sendo os 2 primeiros compostos “não
polares” e os 2 últimos compostos polares e polatizáveis. Os asfaltenos são formados
devido a associações intermoleculares e são responsáveis pelo comportamento
reológico do CAP. Tem maior peso molecular e maior teor de heteroátomos. Sua
estrutura é constituída de poliaromáticos, com encadeamento de hidrocarbonetos
naftênicos condensados e cadeias curtas de saturados.
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Os CAPs são sistemas coloidais constituídos por uma suspensão de micelas de
asfaltenos, peptizadas pelas resinas num meio oleoso (óleos saturados e aromáticos)
em equilíbrio.
Na figura seguinte podemos ver a representação da estrutura coloidal do cimento
asfáltico (LEITE, 2003)
Figura 31 - Representação da estrutura coloidal do cimento asfáltico (LEITE, 2003)
Segundo LEITE (2003) este esquema conduz a formação de aglomerados, resultantes
de associações intermoleculares dos compostos polares e polatizáveis, responsável
pelo caráter Gel (mais consistente). As forças intermoleculares responsáveis por esta
aglomeração são mais fracas que as ligações covalentes. Estas forças são oriundas de
atração dipolo-dipolo induzidas pelos heteroátomos. A variação da temperatura pode
modificar o equilíbrio acima alterando o comportamento viscoelástico.
a) Obtenção
Antigamente os asfaltos eram obtidos em lagos e poços de petróleo e com a
evaporação das frações leves restava um material residual com características
adequadas aos usos desejados.
Atualmente a obtenção do asfalto é feita através de refinação (refinamento) do
petróleo. A quantidade de asfalto contida num petróleo pode variar de 10 a 70%.
O processo de refinamento depende do tipo e rendimento em asfalto que o mesmo
apresenta. Se o rendimento for alto, apenas é utilizada a destinação à vácuo. Se o
rendimento em asfalto for médio, usa-se a destilação atmosférica e destilação à vácuo.
Tendo um rendimento baixo em asfalto utilizam-se destilação atmosférica, destilação à
vácuo e extração após o 2º estágio de destilação.
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O processo mais usado é o da destilação em duas etapas, que consiste numa
separação física dos vários constituintes do petróleo pela diferença entre seus pontos
de ebulição e de condensação. A seguir é mostrado um esquema do refino de asfalto
proveniente de petróleos médios:
Figura 32 – Produção de asfalto em dois estágios de destilação
Síntese do processo de refino:
1- Bombeamento do tanque, aquecimento, entrada na torre de destilação onde é
parcialmente vaporizado.
2- As frações mais leves vaporizam e sobem na torre. No topo, após separação formase a gasolina e o gás liquefeito de petróleo (GLP). A queda de temperatura ao longo
da torre provoca condensação, sendo retirados lateralmente, neste ponto, produtos
especificados (querosene, óleo diesel).
3- As frações mais pesadas, ainda em estado líquido, vão para o fundo, sendo
novamente aquecidas para entrada na torre de funcionamento à vácuo.
4- Na torre de destilação à vácuo a temperatura e o vácuo são controlados de modo a
permitirem o ajuste da consistência desse resíduo, obtendo-se assim o asfalto.
A produção do CAP depende do tipo de petróleo. A composição do petróleo varia em
relação aos teores de frações destiláveis e resíduo. Portanto a composição do CAP
depende do tipo e processo de refino do petróleo e estes são de base naftênica e
intermediária (LEITE, 2003).
- Base Naftênica: Alto teor de resíduo e destilação em 1 estágio.
Ex.: Petróleos Venezuelanos (Boscan e Bachaquero) e o Brasileiro Fazenda Belém
- Intermediários: Destilação em 2 estágios: atmosférico e a vácuo.
Ex.: Petróleo do Oriente Médio (Kwait, Kirkuk, Árabe pesado) e o Brasileiro Cabiúnas
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Para se produzir CAP pode ser utilizado um ou mais tipos de petróleo (mistura). Após a
destilação, o resíduo pode ser misturado com outras correntes para acerto da
consistência. Sendo pouco viscoso (mole) adicionam-se resíduos de desasfaltação ou
faz-se sopragem. Para os muito viscosos (duros) misturam-se gasóleos pesados
b) Classificação
Os cimentos asfálticos de petróleo podem ser classificados segundo a viscosidade e a
penetração. A viscosidade dinâmica ou absoluta indica a consistência do asfalto e a
penetração indica a medida que uma agulha padronizada penetra em uma amostra em
décimos de milímetro. No ensaio penetração se a agulha penetrar menos de 10 dmm o
asfalto é considerado sólido. Se penetrar mais de 10 dmm é considerado semi-sólido.
A Resolução ANP Nº 19, de 11 de julho de 2005 estabeleceu as novas Especificações
Brasileiras dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) definindo que a classificação
dos asfaltos se dará exclusivamente pela Penetração. Os quatro tipos disponíveis
comercialmente são os seguintes:
CAP 30/45; CAP 50/70; CAP 85/100 e CAP 150/200
O par de vapores significa os limites inferior e superior permitidos para a Penetração,
medida em décimos de milímetro.
A antiga classificação por Viscosidade ficou suprimida a partir desta resolução. Os
antigos asfaltos CAP 7; CAP 20 e CAP 40 passaram a ser denominados pelo
parâmetro Penetração e não mais a Viscosidade.
c) Especificações
A seguir são mostradas as especificações atuais para os cimentos asfálticos
produzidos no Brasil segundo a classificação por penetração.
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Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) Classificação por Penetração
RESOLUÇÃO ANP Nº 19, de 11de julho de 2005
LIMITES
CARACTERÍSTICAS
MÉTODOS
UNIDADES
CAP 30-45
CAP 50-70
CAP 85-100 CAP150-200 ABNT ASTM
Penetração (100 g, 5s, 25ºC)
0,1mm
30 - 45
50 - 70
85 - 100
150 - 200
NBR
6576
D5
Ponto de amolecimento, mín
ºC
52
46
43
37
NBR
6560
D 36
Viscosidade Saybolt Furol
s
NBR E 102
14950
a 135 ºC, mín
192
141
110
80
a 150 ºC, mín
90
50
43
36
40 - 150
30 - 150
15 - 60
15 - 60
a 177 ºC
OU
Viscosidade Brookfield
cP
NBR D4402
15184
a 135ºC, SP 21, 20 rpm, mín
374
274
214
155
a 150 ºC, SP 21, mín.
203
112
97
81
a 177 ºC, SP 21
76 - 285
57 - 285
28 - 114
28 - 114
Índice de susceptibilidade
térmica (1)
(-1,5) a
(+0,7)
(-1,5) a
(+0,7)
(-1,5) a
(+0,7)
(-1,5) a
(+0,7)
ºC
235
235
235
235
NBR
11341
% massa
99,5
99,5
99,5
99,5
NBR D2042
14855
cm
60
60
100
100
NBR
6293
D 113
Ponto de fulgor mín
Solubilidade em tricloroetileno,
mín
Ductilidade a 25º C, mín
Efeito do calor e do ar (RTFOT)
a 163 ºC, 85 min
Variação em massa, máx (2)
D 92
D 2872
% massa
0,5
0,5
0,5
0,5
Ductilidade a 25º C, mín
cm
10
20
50
50
NBR
6293
D 113
Aumento do ponto de
amolecimento, máx
ºC
8
8
8
8
NBR
6560
D 36
Penetração retida, mín (3)
%
60
55
55
50
NBR
6576
D5
128
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Observações:
(1) O Índice de susceptibilidade térmica é obtido a partir da seguinte equação:
Índice de susceptibilidade térmica = (500) (log PEN) + (20) (Tº C) - 1951
120 - (50) (log PEN) + (T ºC)
onde: (T ºC) = Ponto de amolecimento
PEN = penetração a 25 ºC, 100g, 5 seg.
(2) A Variação em massa, em porcentagem, é definida como:
∆M= (Minicial - Mfinal)/ Mfinal x 100
onde: Minicial = massa antes do ensaio RTFOT
Mfinal = massa após o ensaio RTFOT
(3) A Penetração retida é definida como
PEN retida= (PENfinal/ PENinicial) x 100
onde: PENinicial = penetração antes do ensaio RTFOT
PENfinal = penetração após o ensaio RTFOT
d) Aplicações
Deve ser livre de água, homogêneo em suas características e conhecer a curva
viscosidade-temperatura.
Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico deve-se usar: CAP
30/45, 50/70 e 85/100. Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso deve-se
usar CAP150/200.
e) Restrições
Não podem ser usados acima de 177° C, para evitar possível craqueamento térmico do
ligante. Também não devem ser aplicados em dias de chuva, em temperaturas
inferiores a 10° C e sobre superfícies molhadas.
6.4.2 - Asfaltos Diluídos
Também conhecidos como Asfaltos Recortados ou “Cut Backs”. Resultam da diluição
do cimento asfáltico por destilados leves de petróleo. Os diluentes funcionam como
veículos proporcionando produtos menos viscosos que podem ser aplicados a
temperaturas mais baixas que o CAP.
a) Obtenção
Os asfaltos diluídos são obtidos por meio de um devido proporcionamento entre CAP e
diluente, feita em um misturador específico, seguindo o seguinte esquema:
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Figura 33 – Esquema de produção do asfalto diluído
b) Classificação
Os diluentes evaporam-se após a aplicação e o tempo necessário para evaporar
chama-se “Cura”. De acordo com a cura, podem ser classificados em:
CR
CM
CL
→
→
→
Cura Rápida →
Cura Média →
Cura Lenta →
Solvente: Gasolina
Solvente: Querosene
Solvente: Gasóleo (não se usa mais)
Cada categoria apresenta vários tipos com diferentes valores viscosidade cinemática,
determinadas em função da quantidade de diluente:
CR-70; CR-250; CR-800; CR-3000
CM-30; CM-70; CM-250; CM-800; CM-3000
A quantidade média de CAP e diluente são as seguintes:
Tipo CM
Tipo CR
% CAP
CM-30
CM-70
CM-250
CM-800
CM-3000
CR-70
CR-250
CR-800
CR-3000
52
63
70
82
86
%
Diluente
48
37
30
18
14
130
Nomenclatur
a
MC-0
MC-1
MC-2
MC-4
MC-5
Antiga
RC-0
RC-1
RC-2
RC-4
RC-5
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6.4.3 - Emulsões Asfálticas
É um sistema constituído pela dispersão de uma fase asfáltica em uma fase aquosa
(direta) ou de uma fase aquosa em uma fase asfáltica (inversa): CAP + Água + Agente
Emulsivo.
a) Obtenção
A emulsão asfáltica é conseguida mediante a colocação de CAP + Água + Agente
Emulsivo (Emulsificante ou Emulsificador) em um moinho coloidal, onde é conseguida
a dispersão da fase asfáltica na fase aquosa através da aplicação de energia mecânica
(trituração do CAP) e Térmica (aquecimento do CAP para torná-lo fluido). O esquema
de produção é mostrado na figura a seguir.
Figura 34 – Esquema de produção de emulsão asfáltica
O agente emulsificante tem a função de diminuir a tensão interfacial entre as fases
asfáltica e aquosa, evitando que ocorra a decantação do asfalto na água. A quantidade
de emulsificante varia de 0,2 a 1%. Os agentes geralmente utilizados são o Sal de
Amina, Silicatos Solúveis ou não Solúveis, Sabões e Óleos Vegetais Sulfonados e
Argila Coloidal.
A quantidade de asfalto é da ordem de 60 a 70% e o tamanho das partículas de asfalto
dispersas varia de 1 a 10 micras.
b) Classificação
Quanto à carga da partícula
- Catiônicas
- Aniônicas
- Bi-iônicas
- Não-iônicas
Quanto ao tempo de ruptura
- Ruptura Rápida
- Ruptura Média
- Ruptura Lenta
131
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As emulsões aniônicas são aquelas que apresentam moléculas eletronegativamente
carregadas e as catiônicas apresentam moléculas eletropositivamente carregadas.
A ruptura das emulsões ocorre quando são colocadas em contato com agregados e o
equilíbrio que mantinha os glóbulos do asfalto em suspensão na água é rompido. A
água evapora e o asfalto flocula se fixando no agregado.
A cor das emulsões antes da ruptura é marrom, tornando-se depois preta. O tempo de
ruptura depende da quantidade e tipo de agente emulsivo. As emulsões asfálticas
normalmente utilizadas em pavimentação são as catiônicas diretas, sendo classificadas
quanto a utilização em: RR-1C; RR-2C; RM-1C; RM-2C; RL-1C; LA-1C; LA-2C
Esta classificação depende da viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente,
desemulsibilidade e resíduo de destilação.
6.4.4 - Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros)
São obtidos a partir da dispersão do CAP com polímero, em unidade apropriada.
Os polímeros mais utilizados são: SBS (Copolímero de Estireno Butadieno); SBR
(Borracha de Butadieno Estireno); EVA (Copolímero de Etileno Acetato de Vinila);
EPDM (Tetrapolímero Etileno Propileno Diesso); APP (Polipropileno Atático);
Polipropileno; Borracha vulcanizada; Resinas; Epóx; Poliuretanas; etc.
Os polímeros aceleram o comportamento reológico do asfalto conferindo elasticidade e
melhorando suas propriedades mecânicas. Suas principais vantagens:
- Diminuição da suscetibilidade térmica
- Melho r característica adesiva e coesiva
- Maior resistência ao envelhecimento
- Elevação do ponto de amolecimento
- Alta elasticidade
- Maior resistência à deformação permanente
- Melhores características de fadiga
Devido a estas vantagens, tem sido muito utilizado em serviços de impermeabilização e
pavimentação.
6.5 - Asfaltos Industriais
Asfaltos Oxidados ou Soprados
São asfaltos aquecidos e submetidos a ação de uma corrente de ar com o objetivo de
modificar suas características normais, a fim de adaptá-los para aplicações especiais.
São usados geralmente para fins industriais como impermeabilizantes.
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6.6 - Principais funções do asfalto na pavimentação
a) Aglutinadora: Proporciona íntima ligação entre agregados, resistindo à ação
mecânica de desagregação produzida pelas cargas dos veículos.
b) Impermeabilizadora: Garante ao revestimento vedação eficaz contra penetração da
água proveniente da precipitação.
c) Flexibilidade: Permite ao revestimento sua acomodação sem fissuramento a
eventuais recalques das camadas subjacentes do pavimento.
6.7 – Serviços de imprimação / pintura de ligação
6.7.1 - Imprimação
Também chamada de Imprimadura ou Prime-Coat. Consiste na aplicação de uma
camada de material asfáltico sobre a superfície de uma base concluída, antes da
execução de um revestimento asfáltico qualquer. (DNER - ESP.14/71).
Figura 35 – Esquema da imprimação
a) Funções da imprimação
a) Promover condições de ligação e aderência entre a base e o revestimento.
b) Impermeabilização da base.
c) Aumentar a coesão da superfície da base pela penetração do material asfáltico (de
0,5 a 1,0cm).
133
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b) Tipos de asfaltos utilizados na imprimação
São utilizados asfaltos diluídos de baixa viscosidade, afim de permitir a penetração do
ligante nos vazios da base.
São indicados os asfaltos diluídos tipo CM-30 e CM-70.
c) - Execução da imprimação
Varredura da pista
São utilizadas vassouras mecânicas rotativas ou vassouras comuns , quando a
operação é feita normalmente, com finalidade de fazer a limpeza da pista retirando os
materiais finos que ocupam os vazios do solo.
Também pode ser usado o jato de ar comprimido.
Quando a base estiver muito seca e poeirenta pode-se umedecer ligeiramente antes da
distribuição do ligante.
Aplicação do asfalto
Feita por meio do caminhão espargidor de asfalto (figura 36), que é um caminhão
tanque equipado com barra espargidora e caneta distribuidora, bomba reguladora de
pressão, tacômetro e conta giro da bamba de ligante.
A quantidade de material aplicado é da ordem de 0,7 a 1,0 l/m2 .
A temperatura de aplicação do material betuminoso é fixada para cada tipo de ligante
em função da viscosidade desejada. As faixas de viscosidade recomendadas são de 20
a 60 segundos Saybolt Furol.
Deve-se evitar a formação de poças de ligantes na superfície da base pois o excesso
de ligante retardará a cura do asfalto prejudicando ao revestimento.
Nos locais onde houver falha de imprimação o revestimento tenderá a se deslocar. O
complemento dos trechos onde ocorreram falhas é feito pela caneta distribuidora.
Antes do início da distribuição do material betuminoso os bicos devem ser checados e
verificar se todos estão abertos e funcionando.
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Figura 36 – Exemplo de caminhão espargidor
Controles de execução
O controle de quantidade de ligante aplicada é uma atividade de muita importância,
pois a quantidade requerida de ligante é atingida através da compatibilização entre a
velocidade do caminhão e a velocidade da bomba para se espargir o asfalto. O controle
de quantidade aplicada na pista é feita de 2 maneiras.
1ª) Controle com régua: Mede-se através de uma régua graduada colocada dentro do
tanque de asfalto a quantidade gasta de ligante para executar um determinado trecho,
obtendo-se a taxa em litros em l/m2.
2ª) Controle da bandeja ou folha de papel: Coloca-se uma bandeja ou folha de papel
(área conhecida) sobre a superfície a ser imprimada. Após a passagem do espargidor
recolhe-se a bandeja (ou papel) e determina-se a quantidade de ligante distribuída
através da diferença de peso antes e depois da passagem do caminhão.
O controle da uniformidade da distribuição é um controle visual onde é observado se
não houve nenhuma falha na distribuição do ligante detectando pontos onde houve
excesso ou falta de ligante na superfície. O excesso deve ser eliminado através do
recolhimento e as falhas devem ser preenchidas através da caneta distribuidora ou
“regador”.
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6.7.2 - Pintura de ligação
Também chamada de Tack-Coat. Consiste na aplicação de uma camada de material
asfáltico sobre a base ou revestimento antigo com a finalidade precípua de promover
sua ligação com a camada sobrejacente a ser executada.
a) Tipos de asfaltos utilizados na pintura de ligação
- Emulsões asfálticas dos tipos:
Ruptura rápida: RR-1C e RR-2C
Ruptura média: RM-1C e Rm-2C
- Asfaltos diluídos
CR-70 (exceto para superfícies betuminosas)
b) Execução da pintura de ligação
Varredura da pista: idem imprimação
Aplicação do asfalto
Também é feita pelo caminhão espargidor. A quantidade de material aplicado é da
ordem de 0,5 l/m2. A temperatura de aplicação é função da viscosidade desejada e
deve permitir a formação de uma película extremamente delgada acima da camada a
ser recoberta. As faixas de viscosidade recomendadas são as seguintes:
- Para asfalto diluído : 20 a 60 segundos saybolt-furol.
- Para emulsões : 25 a 100 segundos saybolt-furol.
O excesso de ligante pode atuar como lubrificante ocasionando ondulações do
revestimento a ser colocado.
Controles de execução
- Controle da quantidade: Pelo processo da régua ou bandeja (idem imprimação)
- Controle da uniformidade: (idem imprimação).
Bibliografia:
LEITE, L. F. M. “Curso Básico Intensivo de Pavimentação Urbana – Módulo Básico –
Ligantes Asfálticos”. Rio de janeiro, 2003.
136
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Capítulo 7
ENSAIOS EM MATERIAIS ASFÁLTICOS
Teoricamente a caracterização dos materiais betuminosos deveria basear-se em
coeficientes reológicos. Reologia é a ciência que estuda a variação, no tempo, das
relações tensão-deformação.
Conforme a natureza do material, intensidade e magnitude do esforço aplicado, os
corpos podem apresentar deformações elásticas, viscosas ou de escoamento.
Na prática, usam-se ensaios facilmente executáveis, devidamente normalizados, que
fornecem medidas aproximadas do comportamento do material, sob determinadas
condições.
A aceitação dos materiais betuminosos depende da execução de numerosos ensaios
de rotina que pouco esclarecem a respeito das características químicas dos materiais
betuminosos. Estes ensaios fundamentam-se em cálculos probabilísticos, seguindo
condições preconizadas que devem ser seguidas a rigor. Ao final deste capítulo são
apresentadas as especificações atuais para materiais betuminosos.
7.1 - Ensaios em Cimentos Asfálticos do Petróleo (CAP)
O CAP não apresenta ponto de fusão definido. O aumento da temperatura altera seu
estado físico de sólido para líquido. Comportam-se como corpos visco-elásticos no
intervalo de temperatura de serviço.
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7.1.1 - Determinação de água
O teor de água deve ser pequeno nos materiais betuminosos, a fim de que não
espumem quando aquecidos acima de 100° C.
Nos CAPs esse controle processe-se pela exigência de que não espumem quando
aquecidos a 177° C.
Um ensaio simples para a verificação da presença de água no CAP consiste em se
aquecer uma quantidade de CAP, observando o aparecimento de um “borbulhar” na
superfície. Caso apareça a formação de bolhas, conclui-se que o CAP continha alguma
quantidade indevida de água.
O ensaio denominado “Determinação de água em Petróleo e outros materiais
betuminosos” (MB-37/1975) fixa o modo de proceder-se à verificação de água existente
em Petróleo e materiais betuminosos através de destilação.
7.1.2 - Determinação do teor de betume em CAP (NBR 14855)
Este ensaio dá uma idéia da quantidade de betume puro e da qualidade do asfalto. É
chamado de ensaio da Solubilidade e utiliza-se o frasco de Erlenmeyer. No cimento
asfáltico do petróleo a fração solúvel no CCl4 ou CS2 representa os ligantes ativos do
asfalto.
- Nos CAPs : 99,5 % é solúvel no CS2 ou CCl4.
- Nos CANs : 60 a 80 % é solúvel no CS2 ou CCl4.
- Nos Alcatrões: 75 a 88 % é solúvel no CS2 ou Ccl4.
As etapas principais do ensaio são as seguintes:
a) Pesar a amostra de asfalto antes do ensaio
b) Dissolver a amostra em um solvente (CS2 ou CCl4 )
c) Filtrar o material para remoção da parcela insolúvel
d) Secar e pesar a parte insolúvel
A diferença entre o peso inicial e o peso insolúvel, expressa em %, representa a
solubilidade do CAP.
7.1.3 - Determinação da Consistência de materiais asfálticos
A temperatura altera significativamente o estado físico ou de consistência dos asfaltos,
sendo por isso considerado um material termo-plástico. Desta forma, este material
deveria ser estudado sob o ponto de vida da Reologia que é um ramo da física que
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trata do estudo de deformação e do fluxo (ou fluência) dos materiais quando sujeitos a
um carregamento qualquer, levando em consideração o tempo de duração desse
carregamento.
No caso específico dos asfaltos, além do tempo de aplicação da carga, também a
temperatura é um fator de fundamental importância no comportamento desse material
devido ao fato destes serem termosensíveis.
A Consistência pode ser medida através de vários parâmetros, como por exemplo:
Penetração, Ponto de Amolecimento, Coeficiente de Viscosidade (?), Viscosidade
Saybolt, , etc.
a) Determinação da Penetração de materiais asfálticos (NBR 6576)
Este ensaio mede a consistência do CAP pela penetração de uma agulha de
dimensões padronizadas, em décimos de milímetros, submetida a uma carga préestabelecida de 100 g durante 5 segundos a uma temperatura de 25° C.
Este ensaio dá uma idéia da consistência para fins de classificação. Existem outras
condições para a realização do ensaio, sendo função das propriedades dos asfaltos,
como por exemplo: 0° C, 200g e 60 seg. ou 46,1° C, 50g e 5 seg.
Esquema do ensaio:
Figura 37 – Esquema do ensaio de Penetração
b) Ponto de Amolecimento - método do anel e bola (NBR 6560)
Também destinado a medir a consistência dos CAPs , medindo a evolução da
consistência com a temperatura. Indica a que níveis de dureza os asfaltos tem uma
certa consistência. Este ensaio é arbitrário pois o amolecimento de um material
betuminoso não se dá a uma temperatura definida, havendo mudança gradual da
consistência com a elevação da temperatura.
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As etapas principais do ensaio são as seguintes:
a) Moldagem de um corpo de prova de asfalto em um anel de latão com 5/8” (15,9 mm)
de diâmetro interno e 1/4” (6,35 mm) de altura.
b) Imergir o anel com o material betuminoso em água de modo que a base fique a 1”
(25,4 mm) do fundo do recipiente. A temperatura da água deve ser mantida em 5° C.
c) Colocar uma esfera de aço com 3/8” de diâmetro (9,53mm) pesando 3,5 g sobre a
superfície do anel.
d) Fazer a temperatura da água subir à razão de 5° C por minuto.
O ponto de amolecimento é a temperatura da água para a qual o material betuminoso
amolecido for empurrado para baixo, devido ao peso da esfera, no momento que tocar
o fundo do recipiente.
Figura 38 – Esquema do ensaio do Ponto de Amolecimento
c) Determinação do Índice de Suscetibilidade Térmica
O Índice de Suscetibilidade Térmica (IST) ou Índice de Pfeiffer Van Doormal (PVD) é
dado pela seguinte expressão que correlaciona o valor da Penetração e do Ponto de
amolecimento.
PVD =
500 x log PEN + 20 PA − 1951
120 − 50 log PEN + PA
Onde
PA: Ponto de Amolecimento: é a temperatura na qual a consistência de um
ligante asfáltico passa do estado plástico (ou semi-sólido) para o estado
líquido.
PEN: Penetração do asfalto (em 0,1mm)
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De um modo geral pode-se afirmar o seguinte:
Para PVD < (- 2): Asfaltos que amolecem muito rapidamente com o aumento da
temperatura e tendem a ser quebradiços em baixas temperaturas.
Para PVD > (+ 2): Asfaltos oxidados com baixíssima suscetibilidade térmica e não
são indicados para serviços de pavimentação.
Para os asfaltos produzidos no Brasil, normalmente se tem: - 2 < PVD < +1. A s
especificações atuais para asfaltos brasileiros (Resolução ANP Nº 19, de 11de julho de
2005) estabelecem os seguintes limites para o PVD: - 1,5 < PVD < +0,7.
Acima da temperatura correspondente ao seu Ponto de Amolecimento, os CAP’s
apresentam comportamento Newtoniano ou aproximadamente Newtoniano (Santana e
Gontijo).
Abaixo do Ponto de Amolecimento, a até cerca de 0ºC, os CAP’s podem apresentar um
fluxo Newtoniano até um fluxo muito complexo.
Para temperaturas muito baixas (inferiores a 0ºC) e pequenos tempos de aplicação de
cargas, o comportamento dos CAP’s é de um sólido praticamente elástico.
d) Determinação da viscosidade Saybolt-Furol (NBR 14950)
Este ensaio também mede a consistência dos materiais betuminosos. As consistências
indicadas para as operações de mistura, espalhamento e compactação são medidas
em termos de viscosidades.
São utilizados aparelhos denominados viscosímetros, que se destinam a medir a
resistência ao escoamento de um fluido. Existem 2 métodos para a determinação da
viscosidade:
- Método empírico: Utiliza o viscosímetro Saybolt, determinando-se a viscosidade
Saybolt Furol (Fuel and Roads Oils) onde a unidade é o segundo (SSF).
- Método absoluto: Utiliza os viscosímetros capilares ou de placas paralelas,
determinando-se a viscosidade cinemática, onde a unidade é o “Poise” (P) ou Stokes.
No viscosímetro de placas paralelas pode-se observar a lei de Newto n para os fluidos:
“A resistência ao deslocamento relativo das partes de um líquido é proporcional à
velocidade com que estas partes se separam uma da outra.”
A viscosidade é uma medida da consistência que o material apresenta ao movimento
relativo de suas partes ou ainda de sua capacidade de fluir.
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É a característica inerente ao material de opor-se ao fluxo ou deslocamento de uma
partícula sobre partículas adjacentes devido a uma espécie de atrito interno do
material.
Figura 39 – Esquema do viscosímetro de placas paralelas
η=
Onde:
τ
γ
η = Coeficiente de viscosidade ou Viscosidade
τ = Tensão cisalhante
γ = ∆γ/∆t = Velocidade de deformação transversal ou distorção, sendo ∆t o
tempo gasto para que ocorra uma deformação transversal ∆γ.
A viscosidade saybolt exprime o tempo , em segundos, que uma determinada
quantidade de material leva para se escoar em determinada temperatura e em
condições padronizadas.
São comumente utilizadas as temperaturas de 25, 50, 60 e 82,2° C para asfaltos
diluídos e emulsões e para cimentos asfálticos a viscosidade é medida a 135° C.
As especificações para o cimento asfático do petróleo fixam os seguintes valores
míninos:
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Cimento
Asfáltico
CAP 30/45
CAP 50/70
CAP 85/100
CAP 150/200
Viscosidade (seg) Viscosidade (seg) Viscosidade (seg)
a 135°C - min
a 150°C - mín
a 177°C
192
90
40-150
141
50
30-150
110
43
15-60
80
36
15-60
O ensaio para determinação da viscosidade Saybolt pode ser assim resumido:
a) Aquecer o óleo do viscosímetro até obter a temperatura de ensaio
b) Inserir uma rolha no fundo do viscosímetro
c) Filtrar a amostra (peneira nº 100) diretamente no viscosímetro, preenchendo até
nível do bordo.
d) Agitar a amostra até a temperatura do ensaio através de um termômetro
e) Colocar o frasco receptor, de volume fixo de 60 ml sob o viscosímetro e retirar a
rolha
f) Marcar o tempo em segundos até o escoamento da amostra atingir o menisco de
referência. Este tempo é a viscosidade
7.1.4 - Determinação da Ductilidade de materiais asfálticos (NBR 6293)
Ductilidade é a propriedade de um material suportar grandes deformações
(alongamento) sem ruptura. Tem por finalidade, este ensaio, medir a resistência à
flexibilidade.
A medida da ductilidade é dada pela distância (em cm) que um corpo de prova de
material betuminoso, em condições padronizadas, submetido a um esforço de tração,
também em condições especificadas, se rompe.
A maioria dos cimentos asfálticos para pavimentação tem ductilidade superior a 100.
As especificações para o CAP fixam os seguintes valores:
Cimento Asfáltico
Ductilidade (cm)
mínimo
60
60
100
100
CAP 30/45
CAP 50/70
CAP 85/100
CAP 150/200
A sequência do ensaio é a seguinte:
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a) Moldagem de um corpo de prova que deverá conter uma seção transversal de 1
cm2. O asfalto deverá ser peneirado previamente na peneira nº 50 (0,3mm).
b) Colocação do corpo de prova moldado imerso em água no ductilômetro. A
temperatura da água deverá ser mantida a 25°C.
c) Uma extremidade do corpo de prova fica fixa à parede do aparelho e a outra é presa
a uma parte móvel que irá se mover com uma velocidade de tração de 5 cm por
minuto.
d) O material betuminoso não deve ficar em contato com a superfície da água ou com o
fundo do ductilômetro. A imersão em água é utilizada para evitar a catenária do
filamento que é formado.
A medida da ductilidade é tomada coma a distância máxima que o corpo de prova
conseguir se estender até o momento da ruptura. Deve-se tomar a média de três
determinações para o valor da ductilidade final.
Figura 39 - Esquema do ensaio de Ductilidade
7.1.5 - Ensaio da mancha (ensaio Oliensis ou Spot Test)
Destina-se a verificar se o processo de destilação utilizado é aceitável. Mede a
instabilidade coloidal criada nos asfaltos por um superaquecimento ou destruição das
estruturas.
Sua finalidade é eliminar (desqualificar) um asfalto que no processo de refinação tenha
sofrido “Craqueamento” (quebra da cadeia original de hidrocarbonetos). Asfaltos
craqueados são susceptíveis as intempéries.
O ensaio constitui-se dos seguintes passos:
a) Dissolução de amostra de asfalto em nafta ou solvente (CCl4)
b) Coloca-se uma gota dessa mistura sobre folha de papel filtro
- se a mancha apresentar coloração homogênea (uniformemente marrom), o
resultado é negativo, ou seja, o material é aceitável.
- se a mancha apresentar uma parte mais escura no centro ou coloração
heterogênea, o resultado é positivo, sendo o material recusado.
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7.1.6 - Determinação do Ponto de Fulgor (NBR 11341)
Ponto de Fulgor é a temperatura na qual os vapores originados pelo aquecimento do
produto asfáltico se inflamam quando em contato com uma chama padronizada.
É a temperatura limite que pode o material asfáltico atingir em obra sem risco de
incêndio. É um indicativo da presença de certos constituintes voláteis indesejá veis no
asfalto. É um ensaio de segurança.
As especificações atuais do CAP fixam o valor de 235°C para o ponto de fulgor.
O ensaio é realizado no Vaso Aberto de Cleveland e constitui-se dos seguintes passos:
a) Encher o vaso até a linha de marcação com o material betuminoso
b)Acender a chama de ensaio (diâmetro aproximado de 4 mm)
c) Aquecer a amostra a uma razão de 14 a 17° C por minuto no início do ensaio e a
5,5° C por minuto nos últimos 28° C antes da provável temperatura do ponto de
fulgor.
d) Aplicação de chama nos últimos 28° C a cada 2,8° C. A chama deve cruzar o centro
da amostra em linha reta, perpendicularmente ao diâmetro que passa pelo
termômetro, a 2 mm da superfície, durante 1 segundo.
e) Anotar a temperatura quando aparecer um fulgor na superfície da amostra
Este ensaio exige precisão, devendo considerar o resultado como suspeito quando
duas determinações diferirem mais de 8,3° C pelo mesmo operador ou mais de 16,7° C
quando realizados por dois laboratórios.
Obs.: Para materiais que tenham ponto de fulgor inferior a 80° C procede-se o ensaio
do ponto de fulgor através do Vaso Aberto de TAG.
7.2 - Ensaios em Asfaltos Diluídos e Emulsões
Além dos ensaios utilizados na caracterização dos Cimentos Asfálticos do Petróleo,
existem uma série de ensaios para os Asfaltos Diluídos e Emulsões Asfálticas:
- Asfaltos Diluídos: Pontos de fulgor, viscosidade, destilação, mancha, flutuação,
resíduo asfáltico de penetração 100.
- Emulsões Asfálticas: Ensaios de desemulsão ou ruptura, viscosidade, sedimentação,
determinação das cargas das partículas, PH, mistura com cimento, resíduo de
destilação, peneiramento, resistência à ação da água.
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7.2.1 - Determinação da destilação de asfaltos diluídos (MB-43/1965)
Neste ensaio determina-se a quantidade de voláteis destilados à temperaturas
preestabelecidas, quantidade e qualidade do resíduo.
Também determina-se a natureza e quantidade do diluente do cimento asfáltico
empregado. Se a maior parte dos diluentes se destilam a baixas temperaturas, têm-se
produtos de cura rápida. Acontecendo o contrário, têm-se asfaltos de cura lenta e
média.
A quantidade de resíduo final permite determinar qual o tipo de asfalto usado em cada
classe de asfalto diluído. É expressa em % por volume (Resíduo da destilação a
360°C)
Os passos principais do ensaio podem ser assim resumidos:
a) Preparar 200 ml de amostra (Asfalto diluído)
b) Aplicar aquecimento através uma chama
c) Recolher o material destilado em proveta graduada e anotar a leitura dos volumes
recuperados dos diluentes nas temperaturas especificadas ( 225, 260 e 316° C)
d) Quando atingir 360° C apagar a chama e verter o resíduo em um recipiente. Esta
operação deve ser executada no máximo em 10 segundos
e) O resíduo, por volume, a 360° C será anotado como diferença entre o volume da
amostra original e o volume do destilado total a 360° C.
7.2.2 - Ensaio de Flutuação
Neste ensaio é medida a consistência de materiais betuminosos de consistência
intermediária, especialmente os asfaltos diluídos de cura lenta, onde a consistência do
resíduo é muito pequena, não podendo ser medida pelo ensaio de penetração. Este
ensaio é feito com o resíduo de destilação. Os passos principais do ensaio são:
a) Moldar o material em um pequeno colar de latão:
b) Deixa-se o corpo de prova resfriar até 5° C em imersão em água
c) Anexar o colar no fundo do flutuador
d) Mede-se o tempo em segundo para que a temperatura amoleça o material betuminoso e permita que ele flua para dentro do flutuador
e) Quanto maior o número, maior a consistência.
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Capítulo 8
REVESTIMENTOS
Revestimento é a camada do pavimento destinada a receber diretamente a ação do
tráfego, devendo ser, tanto quanto possível, impermeável, resistente ao desgaste e
suave ao rolamento. Também chamada CAPA ou camada de desgaste .
8.1 - Principais funções
- Melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto.
- Resistir às cargas horizontais, tornando a superfície de rolamento mais durável. As
cargas horizontais são ocasionadas pela frenagem e aceleração.
- Tornar o conjunto impermeável, mantendo a estabilidade.
8.2 - Terminologia dos revestimentos
Os revestimentos podem ser agrupados de acordo com o seguinte esquema:
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Rígidos
Concreto de Cimento
Macadame Cimentado
Paralelepípedos Cimentados
Em Solo Estabilizado
Por Calçamento
Alvenaria Poliédrica
Paralelepípedos: Pedra, Madeira, Cerâmica
Blocos de Concreto Pré-Moldados e Articulados
Betuminosos
Por Penetração
Macadame Betuminoso
Tratamentos Superficiais Betuminosos (TSS, TSD, TST)
Por Mistura
A Quente
Concreto Asfáltico (CA)
Pré-Misturado a Quente (PMQ)
Argamassa Asfáltica (Areia Asfalto)
Camada Porosa de Atrito (CPA)
Stone Matrix Asphalt (SMA)
Flexíveis
A Frio
Em Central
Pré-Misturados (PMF)
Argamassas asfálticas (Areia Asfalto)
Micro Revestimento Asfáltico
Lama Asfáltica *
No Leito
Misturas Graduadas
Argamassas Asfálticas (Areia Asfalto)
* Não é considerado revestimento
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8.2.1 - Concreto de cimento
Mistura de cimento Portland, agregado graúdo, areia e água devidamente adensado e
espalhado formando placas de concreto, separadas por juntas de dilatação.
Funcionam como base e revestimento.
8.2.2 - Macadame cimentado
Já visto na terminologia das bases.
8.2.3 - Paralelepípedos rejuntados com cimento
Já visto na terminologia das bases, porém o rejuntamento é feito com argamassa de
cimento.
8.2.4 - Em solo estabilizado
É o chamado revestimento primário. Após a terraplanagem é colocado um material
com determinada composição granulométrica, comumente denominado “saibro” ou
“cascalho” , e que apresenta alguma plasticidade através da relação fino-grosso.
Adiciona-se água e procede-se à compactação. É dito estabilizado porque a
granulometria deve ser estudada de modo a proporcionar resistência à estrada. Novos
“cascalhamentos” podem ser executados, por cima do revestimento antigo. É muito
comum o uso em estradas vicinais, estradas de fazendas e pequenos acessos rurais.
Também podem ser adicionados sais minerais e resinas, como nas bases
estabilizadas.
8.2.5 - Revestimento de alvenaria poliédrica / paralelepípedos
O Pavimento de Alvenaria Poliédrica consiste de um revestimento de pedras
irregulares/paralelepípedos, assentadas por processo manual, rejuntadas com areia,
betume e assentes sobre um colchão de areia ou de solo estabilizado.
8.2.6 - Blocos de concreto pré-moldados e articulados
Consiste de revestimento de blocos de pré-moldados (bloquetes), assentados por
processo manual, rejuntados com areia ou betume, assentes sobre o colchão de areia
ou pó de pedra ou sub -base de solo estabilizado.
Os componentes e processo construtivo: são semelhantes ao do revestimento de
alvenaria poliédrica e paralelepípedos.
O formato dos bloquetes pode ser variado: quadrado, hexagonal, tipo macho-fêmea,
de encaixe.
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8.2.7 - Macadame betuminoso
São os revestimentos betuminosos por penetração direta que consiste no
espalhamento e compressão de uma camada de brita de granulometria apropriada
seguida de aplicação do material betuminoso. O material betuminoso penetra nos
vazios do agregado e um novo espalhamento de brita é feito, para preenchimento dos
vazios superficiais, seguido de nova compressão.
8.2.8 - Tratamentos superficiais
São os revestimentos betuminosos por penetração invertida com aplicação de material
betuminoso seguida de espalhamento e compressão de agregado de granulometria
apropriada. Sua espessura é aproximadamente igual ao diâmetro do agregado
empregado. Pode ser executado com os objetivos de impermeabilização, modificar a
textura de um revestimento existente ou como revestimento final de um pavimento.
Quando a operação executiva do tratamento simples é repetida duas ou três vezes,
resultam os chamados tratamentos superficiais duplos e triplos.
8.2.9 - Concreto asfáltico (CBUQ)
É um revestimento flexível, resultante da mistura a quente, em usina apropriada, de
agregado mineral graduado, material de enchimento (fíler) e material betuminoso
espalhado e comprimido a quente. Durante o processo de construção e
dimensionamento, são feitas rigorosos exigências no que diz respeito aos
equipamentos, granulometria, teor de betume, estabilidade, vazios etc. É considerado
um revestimento nobre.
8.2.10 - Pré-misturado à quente (PMQ)
Consiste na mistura íntima, devidamente dosada, de material betuminoso e agregado
mineral em usina e na compressão do produto final, à quente, por equipamento
apropriado.
Quando os pré-misturados são executados em usinas têm-se os “plant mixer”e quando
o ligante e o agregado são misturados e espalhados na pista ainda quente têm-se os
“hot mix”ou “hot laid”.
8.2.11 - Areia asfalto à quente
Consiste na mistura de areia com um produto betuminoso obtido em usinas fixas. A
areia utilizada, normalmente é a passante na # 10 (2mm), embora 2 ou 3 areias
possam ser misturadas para se obter a granulometria desejada. Pode ser executada
em duas camadas. Apresenta o inconveniente de produzir uma superfície lisa e macia,
ocasionando problemas de escorregamento. Pode-se usar pedrisco para tornar a
superfície mais áspera.
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8.2.12 – Camada porosa de atrito (CPA)
Camada de macrotextura aberta com elevada capacidade de drenagem através de
uma estrutura de alto índice de vazios (18 – 25%).
Suas principais vantagens são:
- Redução dos riscos de aquaplanagem
- Redução das distâncias de frenagem sob chuva
- Aumento de distância de visibilidade. E diminuição da cortina de água (spray)
- Menor reflexão luminosa
- Maior percepção de sinalização vertical durante a noite
- Redução dos níveis de “Stress” do usuário
8.2.13 – Stone matrix asphalt (SMA)
Revestimento caracterizado por elevada % de agregados graúdos, que formam uma
estrutura descontínua semelhante a uma parede de pedra de elevado atrito interno. Os
vazios do esqueleto mineral são preenchidos com ligante modificado por polímeros,
fíler mineral e fibras orgânicas.
Suas principais vantagens são:
-Melhoria das condições mecânicas do pavimento: Resistência
à
deformação,
fissuração e desgaste
-Melhoria das características funcionais como resistência à derrapagem, redução do
spray e reflexão de luz.
8.2.14 - Pré-misturado a frio
É o produto obtido da mistura de agregado mineral e emulsão asfáltica ou asfalto
diluído, em equipamento apropriado, sendo a mistura espalhada e comprimida a frio.
Os agregados também não são aquecidos. A mistura obedece a métodos de
dimensionamento próprios e são produzidos em usinas simplificadas, sem a existência
de secadores, ou através do uso de betoneiras.
Neste tipo de mistura é permitida a estocagem durante certo período de tempo. Muito
utilizado em serviços de conservação, mas também pode ser usado como
revestimento final, porém com qualidade inferior. Podem ser designados pelo nome de
“cold laid”. Dependendo da granulometria, pode ter as designações: pré-misturado a
frio denso ou aberto.
8.2.15 - Areia asfalto a frio
É a mistura de asfalto diluído ou emulsão asfáltica e agregado miúdo, na presença ou
não de material de enchimento, em equipamento apropriado. O produto é espalhado e
comprimido a frio.
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8.2.16 - Lama asfáltica (não é considerada revestimento)
É uma associação (mistura), em consistência fluida, de agregados ou misturas de
agregados miúdos, fíler (ou material de enchimento) e emulsão asfáltica, devidamente
espalhada e nivelada.
É geralmente empregada no rejuvenescimento de pavimentos asfálticos (pavimentos
desgastados) ou como camada de desgaste e impermeabilizante nos tratamentos
superficiais ou macadame betuminoso. Por apresentar condições de elevada
resistência à derrapagem, devido a seu alto coeficiente de atrito, é também
empregada na correção de trechos lisos e derrapantes.
A espessura final é da ordem de 4mm e a compactação é executada pelo próprio
tráfego.
A lama asfáltica não é considerada um revestimento propriamente dito e sim um ótimo
processo para preservar e manter revestimentos betuminosos.
8.2.17 - Misturas graduadas
Consiste em mistura, na própria pista, de agregado de granulometria determinada com
um produto betuminoso líquido. São usados asfaltos diluídos ou emulsão. Por serem
feitos no próprio leito são também chamados de pré-misturados na pista ou “RoadMixer”.
8.2.18 - Areia asfalto no leito
Similar às misturas graduadas, porém usando-se apenas o agregado miúdo (areia) e o
material betuminoso (asfa lto diluído ou emulsão).
8.3 - Revestimentos flexíveis por penetração
8.3.1 - Tratamento superficial simples
É uma camada de rolamento constituída de material betuminoso e agregado na qual o
agregado é colocado uniformemente sobre o material betuminoso, aplicado numa só
camada.
A penetração do asfalto é de baixo para cima. A espessura final é aproximadamente
igual ao diâmetro máximo do agregado. (max. 38mm; mais comum: 25mm).
Utilização:
-Melhorar condições de um pavimento existente. (Liso derrapante)
-Camada de rolamento.
-Rejuvenescer e enriquecer um pavimento antigo ressecado e gasto.
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a) Propriedade dos agregados
Devem ser limpos e isentos de pó para não prejudicar a adesão do betume. O tamanho
deve ser o mais uniforme possível. As partículas menores são cobertas pelo betume,
as grandes que não são aderidas pelo ligante podem causar “ricochete”, perigoso ao
tráfego. A forma ideal é a piramidal ou cúbico
A dureza depende da natureza do tráfego e tipo de rocha. O desgaste “ Los Angeles “
não deve ser superior a 40%.
Os tipos mais usados são: pedra britada, escória britada e cascalho, seixos rolados.
b) Propriedade dos ligantes
Os fatores que mais influenciam na escolha dos ligantes são: temperatura da superfície
de aplicação, temperatura ambiente, umidade e vento, condições da superfície, tipos e
condições do agregado e equipamento utilizado.
No espalhamento devem ser suficientemente fluidos para aplicação uniforme sobre a
superfície. No espalhamento dos agregados também devem estar fluidos para aderir
aos agregados, com adesão inicial rápida entre agregado, ligante e superfície da
rodovia.
Após conclusão devem ter viscosidade adequada para reter o agregado no lugar.
Os materiais betuminosos mais empregados são:
1- Cimento asfáltico do petróleo: tipo CAP-7 e CAP-150/200.
2- Asfalto diluído : tipo CR-250.
3- Emulsão asfáltica: RR-2C.
As temperaturas da aplicação dependem dos tipos de ligante e são fixadas em função
da viscosidade:
CAP : 20 a 60 SSF.
AD : 20 a 60 SSF.
E.A : 20 a 100 SSF.
c) Métodos de dosagem
1- Método direto para a determinação da taxa de agregado
Ensaio da placa: espalha-se o agregado sobre uma placa de área conhecida de modo
a formar uma superfície uniforme obtendo-se então a taxa em kg/m2 ou l/m2 (3
determinações) .
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2- Método de Hanson (indireto) para determinação da taxa de ligante e agregado.
A espessura da camada de agregados após compactação deve ser igual a espessura
média da menor dimensão (ALD).
A ALD é função do tamanho médio do agregado (tamanho de 50% Passante), obtido
na curva granulométrica e do Índice de cubicidade.
A dosagem do agregado é feita da seguinte maneira:
VA = 1,84 x ALD onde: Va → Volume da camada solta de agregado em l/m2.
ALD → em mm.
A dosagem do ligante é assim determinada:
VL = 0,133 x ALD
onde: VL → Volume de ligante em l/m2.
ALD → em mm.
Exemplo (Figura 40):
Esp. média do agregado = 7/16” → 1,11 cm
Índice de cubicidade: 20
Pelo gráfico dado a seguir: ALD = 0,31” → 7,87 mm. Então:
VA = 1,84 x 7,87 = 14,5 l/m2.
VL = 0,133 x 7,87 = 1,05 l/m2.
3- Método Podestá-Tagle (indireto) para determinação da taxa de ligante
Conhecido como a regra 9-5-3 e a dosagem obedece às relações:
Para TSS - TSD - TST:
Quantidade total de ligante
Volume total do agregado solto ( l/m2 )
Para TSD - TST:
1ª Aplicação de Bet.
tamanho max. efetivo do agregado graúdo (mm)
Para TST:
2ª Aplicação de betume
volume do agregado graúdo (l/m2 )
154
=
9
100
=
5
100
=
3
100
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Figura 40 - Gráficos utilizados no Método de Hanson
d) Equipamentos utilizados
1- Distribuidor de Betume sob pressão
São veículos equipados com tanques para depósito de material betuminoso. Estes
tanques são providos de condutores, termômetros, anteparos de circulação, porta de
visita, tubo de ladrão.
As funções de bomba são: Encher o tanque; circular material na barra espargidora e
tanque; espalhar material através da barra espargidora e espalhador manual; conduzir
material da barra espargidora para o tanque e bombear o material do tanque para o
recipiente de armazenamento.
2- Espalhador de agregados
O espalhamento dos agregados poderá ser feito de várias maneiras, como por
exemplo:
- Através da portinhola traseira do caminhão bascula nte
- Espalhador giratório
- Espalhador mecânico (Spreader)
- Espalhador de agregado auto propulsor
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3- Rolos Compressores
Preferência para rolos pneumáticos. Os rolos tandem liso normalmente são evitados
pois as rodas lisas formam espécie de ponte sobre as partículas maiores causando
pequenas depressões. Podem esmagar partículas maiores causando deterioração do
revestimento.
A compactação deve ser feita até se garantir a retenção do agregado no material
betuminoso. Deve ser paralisada quando houver esmagamento.
e) Sequência construtiva (figura 41)
-Preparo da pista
-Aplicação do ligante betuminoso
-Espalhamento do agregado
-Compressão
-Varredura por arrasto final
f) Abertura do tráfego
Quando for usado asfalto diluído deve-se jogar agregado fino sobre a superfície (±
24h). Quando for usado CAP o tráfego pode ser aberto logo após o espalhamento do
agregado porem com tráfego controlado.
Para abrir tráfego junto com a compactação a velocidade máxima é de 10 km/h e após
24 horas continuar controlando com velocidade aproximada de 40 km/h.
g) Especificações (DNER)
Agregado
Material
Betuminoso
Faixa
Granulométrica
Quantidade
Tipo
Quantidade
A
B
C
7 kg/m2
vários
0,5 l/m2
12 kg/m2
vários
0,8 l/m2
12 kg/2
vários
0,8 l/m2
h) Controles
-Para a q uantidade dos materiais (Asfalto e agregado).
-Temperatura de Aplicação.
-Quantidade de material betuminoso
-Uniformidade de aplicação.
-Controle geométrico.
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Figura 41 - Esquema de Execução de Tratamento Superficial Simples (Santana,1994)
8.3.2 - Tratamento superficial duplo
Consiste de duas aplicações sucessivas de material betuminoso sobre uma base
previamente preparada, cobertas, cada uma, por agregado mineral.
As propriedades dos ligantes e agregados, os equipamentos assim como os controles
são os mesmos indicados para o Tratamento Superficial Simples
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a) Sequência construtiva
- Primeira aplicação de ligante
- Primeira aplicação de agregado
- Primeira compactação e varredura por arrasto
- Segunda aplicação de ligante
- Segunda aplicação de agregado
- Compactação e varredura por arrasto final
b) Especificações (DNER)
- Granulometria: específica para 1ª e 2ª camadas
- Ligantes: 1ª camada: 1,3l/m2 ; 2ª camada 1,0 l/m2
- Agregado: 1ª camada: 25 kg/m2 ; 2ª camada: 12 kg/m2.
8.3.3 - Tratamento superficial triplo
Camada de rolamento composta de material betuminoso e agregado na qual o
agregado graúdo é aplicado uniformemente sobre uma aplicação inicial de material
betuminoso e seguido de duas aplicações subsequentes de material betuminoso
cobertas respectivamente por agregados médios e miúdos.
a) Especificações (DNER)
- Granulometrica: especificar para 1ª, 2ª, e 3ª camada.
- Ligantes: 1ª camada: 1,5 l/m2 ; 2ª camada: 1,5 l/m2 ; 3ª camada: 0,5 l/m2 .
- Agregados: 1ª camada: 36 kg/m2 ; 2ª camada: 16 kg/m2 ; 3ª camada: 7 kg/m2
8.3.4 - Macadame betuminoso por penetração direta.
Consiste em duas aplicações alternadas de ligantes betuminoso sobre agregados de
tamanhos e quantidades especificados, devidamente espalhados, nivelados e
compactados.
a) Materiais empregados
Material betuminoso:
Agregados:
CAP-7; CAP 150/200
Emulsão asfáltica: RR-1C e RR2C
Pedra britada, cascalho ou seixo rolado.
b) Equipamentos para execução
Idem dos Tratamentos Superficiais
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c) Sequência construtiva (figura 42)
- Preparo da pista: pista nivelada, base pronta, imprimada e varrida.
- Espalhamento do agregado graúdo: Recomenda-se o espalhador mecânico
completado as falhas manualmente.
- 1ª Compressão: apenas do agregado espalhado
- 1ª Aplicação de material betuminoso
- Espalhamento do agregado médio
- 2ª compressão:
- 2ª Aplicação de material betuminoso
- Espalhamento de agregado miúdo
- 3ª Compressão.
d) Especificações
As quantidades a serem aplicadas são as indicadas em especificação própria, porém
valores exatos devem ser fixados no projeto.
As quantidades de material em geral são da ordem de:
- Material betuminoso: ± 1,0 l/m2 por centímetro de espessura.
- Agregado mineral: Esp. de 2,5 cm : ± 30 l/m2
Esp. de 7,5 cm : ± 90 l/m2
e) Controles
Os controles tecnológicos empregados são os seguintes:
-Qualidade do material betuminoso: Ensaios de viscosidade, ponto de fulgor, etc
-Qualidade dos agregados: Granulometria, Los Angeles, durabilidade
-Temperatura de aplicação do ligante: verificado no caminhão
-Quantidade de ligante: Régua graduada ou bandeja
-Quantidade de agregado
-Uniformidade de aplicação.
Os controles geométricos são os seguintes:
± 10% de variação da espessura de projeto para pontos isolados
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Figura 42 - Sequência de Operações na Construção do Macadame Betuminoso
8.4 - Revestimentos flexíveis por mistura
As misturas asfálticas são tradicionalmente classificadas em:
a) Misturas a quente: realizadas com CAP ou CAN, que são produtos semi-sólidos na
temperatura ambiente, sendo confeccionadas, espalhadas e compactadas em
temperaturas bem acima da ambiente (T>90ºC). Os agregados também são aquecidos.
b) Misturas a frio: São aquelas realizadas com asfaltos liquefeitos (Emulsão asfálticas e
asfaltos diluídos) que podem ser ligeiramente aquecidos (T ≈ 50º C). Os agregados
normalmente não são aquecidos e a mistura é sempre espalhada e compactada à
temperatura ambiente.
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As principais vantagens e desvantagens das misturas a quente e a frio podem ser
assim resumidas:
Vantagens
Vantagens
- mais duráveis
- não se aquece o
- menos sensíveis a ação da
agregado
água
- permitem estocagem
Mistur - apresentam envelhecimento Misturas - simplicidade de
as
a
lento
instalação
a
Frio
- suportam bem o tráfego
- baixo custo de
Quente pesado
fabricação
- não exigem cura
- simplicidade no
processo construtivo
Desvantagens
Desvantagens
- difícil fabricação
- maior desgaste
-exigem aquecimento do
- envelhecimento mais
agregado
rápido
- alto custo de fabricação
- exigem cura da mistura
- equipamento especial no
processo construtivo
- não permitem estocagem
8.4.1 - Concreto Asfáltico (Concreto Betuminoso Usinado a Quente-CBUQ)
Será estudado exclusivamente do capítulo 9
8.4.2 - Pré-Misturado a Quente (PMQ)
São as misturas asfálticas constituídas por agregados e argamassa asfáltica. Se forem
preparados com especificações mais exigentes recebem o nome de concreto asfáltico
(CBUQ).
Se as características desta mistura forem menos nobres recebem o nome de prémisturado a quente (PMQ) .
Não confundir Concreto Betuminoso mal executado com PMQ. O PMQ é um CBUQ
sem controle, de características menos nobres. Não existe especificação rígida de
projeto.
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8.4.3 - Argamassas asfálticas
São as misturas asfálticas constituídas de agregado miúdo, material betuminoso (CAP),
podendo ou não ter o filer.
Areia-asfalto a quente
Consiste na mistura, a quente, em usina apropriada de agregado miúdo, cimento
asfáltico, com presença ou não de material de enchimento (filer). O espalhamento e
compressão são feitos a quente.
Os materiais normalmente empregados são:
- Material betuminoso: CAP 20 ou CAP 40
- Agregado miúdo: areia ou pó de pedra, ou mistura.
- Filer: materiais minerais não plásticos e inertes: Cimento, pó calcário, cal extinta.
O projeto de mistura é feito através do Método Marshall ou Hubbard Field.
Quando a mistura tem a presença de filer, pode ser chamada de Sheet Asphalt,
quando não tem material de enchimento na sua constituição é normalmente chama de
areia-asfalto.
A espessura final após compactação não deve ultrapassar 5 cm, sendo normalmente
utilizada como revestimento ou como camada de regularização ou nivelamento. As
especificações indicam três faixas granulométricas. Duas ou mais areias podem ser
misturadas para se obter a granulometria desejada.
O processo construtivo é idêntico ao do CBUQ, podendo ser distribuídas em duas
camadas, e os controles também são os mesmos.
Seu principal inconveniente é deixar a superfície lisa e macia, tornando-a escorregadia.
Pode-se usar pedrisco para tornar a superfície mais áspera.
8.4.4 - Pré-Misturado a Frio (PMF)
É a mistura preparada, em usina apropriada, com agregado mineral e ligante asfáltico
liquefeito (geralmente emulsão asfáltica catiônica), espalhada e compactada na pista a
temperatura ambiente, podendo ser usada em revestimento e base.
Pré-Misturado a Frio Aberto (PMFA):
É o PMF com pouca ou nenhuma quantidade de agregado miúdo e filer. Depois de
compactado apresenta grande teor de vazios. Pode ser designado pelo nome de PréMisturado Tipo Macadame, suja composição da mistura pode ser enquadrada em seis
faixas granulométricas. A especificação DNER-ES 106/80 trata deste tipo de mistura.
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Pré-Misturado a Frio Semi-Denso(PMFsD):
É o PMF com média quantidade de agregado miúdo e filer.
Pré-Misturado a Frio Denso (PMFD):
É o PMF com apreciável quantidade de agregado miúdo e filer. Após compactado
apresenta baixo teor de vazios.
Estes dois últimos tipos (mais fechados) são conseguidos através da escolha
conveniente da faixa granulométrica de modo a aumentar ou diminuir o índice de
vazios. A especificação DNER-ES 105/80 apresente mais seis faixas granulométricas
para a composição da mistura.
a) Materiais
- Agregado mineral: Mistura de materiais que atendam as especificações próprias,
constituída de agregado graúdo, agregado miúdo e filer.
- Ligante : normalmente são utilizadas Emulsões asfálticas do tipo: RL-1C, RM-1C e
RM-2C. Em algumas situações pode ser usado Asfalto Diluído tipo CR-250 (para
pré-misturados densos) porém a maioria das aplicações no Brasil é feita com
Emulsões Asfálticas
b) Dosagem
O método Marshall é o mais utilizado, sendo inclusive normalizado pelo DNER através
do método de ensaio DNER-ME 107/80 (Ensaio Marshall para misturas betuminosas a
frio com emulsão asfáltica).
c) Equipamentos
São utilizadas usinas tipo “pugmil” ou “multmix” ou betoneiras. Dispensam uso de
secadores e apresentam dispositivo para umedecimento da mistura, Silos e Correias
transportadoras. A Figura 43 mostra o esquema de uma misturadora de PMF.
Para espalhamento do mistura na pista podem ser usado acabadora automotriz,
distribuidor de agregado ou motoniveladora (patrol).
Os compactadores mais utilizados são os rolos lisos tandem, pneumático e vibratório
liso. O transporte é feito por caminhões basculante.
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Figura 43 - Esquema de uma usina para PMF
d) Processo construtivo
A rolagem é feita após início da ruptura (ou cura) do ligante.
É permitida a estocagem por certo período de tempo (depende do ligante). Em
dias de chuva, pode-se produzir material.
O aspecto durante confecção e espalhamento apresenta uma cor amarronzada,
após a ruptura do ligante (emulsão) a coloração modifica-se para preto.
e) Controles de execução (similares ao CBUQ)
- Qualidade da emulsão: viscosidade, sedimentação, etc.
- Qualidade dos agregados: granulometria, Los Angeles, durabilidade, etc.
- Controle do teor de ligante: ensaio de extração.
- Controle da graduação da mistura: após ensaio extração do betume.
- Controle das características Marshall da mistura.
- Controle de compactação: corpo-de-prova extraído c/ sonda rotativa ou anéis de aço.
- Controle de espessura
- Controle do acabamento
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8.4.5 - Areia-asfalto a frio
Mistura de asfaltos diluídos ou emulsões asfálticas com agregado miúdo, na presença
ou não de material de enchimento, em equipamento apropriado. O produto é espalhado
e comprimido a frio. Aguardar 2 horas após espalhamento da massa na pista.
8.4.6 - Lama-asfáltica (não é revestimento)
É uma associação (mistura) em consistência fluídica, de agregado ou misturas de
agregados miúdos, filer (material de enchimento) e emulsão asfáltica, (LA-1C, LA-2C)
devidamente espalhada e nivelada.
a) Emprego
- Rejuvenescimento de pavimentos asfálticos: quando estes se encontrarem
desgastados ou envelhecidos.
- Camada de desgaste e impermeabilizante: principalmente nos tratamentos
superficiais ou macadames betuminosos.
- Correção de trechos lisos e derrapantes: devido às suas condições de elevada
resistência à derrapagem ou seja, apresenta um alto coeficiente de atrito.
b) Execução
- Em equipamento apropriado.
- Espalhamento direto da mistura sobre a superfície antiga.
- Espessura final em torno de 4mm
- Não é necessário compactação, o próprio tráfego se encarrega desta atividade.
8.4.7 - Misturas graduadas
Consiste em mistura, na própria pista, de agregados de granulometria específica com
um produto betuminoso líquido. São utilizados asfaltos diluídos ou emulsão asfáltica.
Processo construtivo
- preparo da base
- espalhamento do agregado
- 1ª aplicação de agregado
- mistura (esparrame) com moto-niveladora, grade, fazendo eiras
- aplicação complementar de betume
- compactação.
- 2ª aplicação de agregado miúdo e betume
- Podem-se usar máquinas móveis (pulvimix)
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8.4.8 - Areia-asfalto no leito
Similar ao anterior, porém usa-se apenas agregado miúdo (areia) e o material
betuminoso (Asfalto Diluído ou Emulsão Asfáltica).
8.5 - Revestimentos flexíveis em solo estabilizado (revestimento
primário)
São aqueles feitos logo após a terraplanagem, onde o material é lançado sobre um
subleito regularizado, apresentando uma determinada granulometria, normalmente um
saibro ou cascalho. Este material também deverá apresentar alguma plasticidade
através da relação fino-grosso.
Processo executivo
- Distribuição do material sobre a pista e espalhamento através de motoniveladora por
toda a seção transversal.
- Pode ou não haver compactação
- Também podem ser adicionados estabilizantes (sais minerais e resinas) como nas
bases estabilizadas.
8.6 - Revestimentos de alvenaria poliédrica / paralelepípedos
Consiste de um revestimento de pedras irregulares/Paralelepípedos, assentadas por
processo manual, rejuntadas com areia/betume e assentes sobre um colchão de areia
ou sub-base de solo estabilizado.
a) Componentes
Espelho
Meio-Fio
Pedras irregulares /
Paralelepípedos
15 a 18 cm
Sub-Base
Figura 44 - Componentes Principais de Alvenaria Poliédrica / Paralelepípedo
166
40 cm
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Guia: é uma peça prismática de rocha ou concreto, com seção retangular ou
trapezoidal, destinada a limitar a pista pavimentada, proteger o calçamento e evitar
o deslocamento dos poliedros e paralelepípedos.
Meio-fio: é o conjunto de guias assentadas e alinhadas ao longo das bordas da
pista.
Espelho: é a parte do meio fio, na face livre, aproximadamente vertical, que constitui
o ressalto entre o nível do pavimento e o da calçada ou passeio.
Cordão (tento): é a peça da rocha ou de concreto, com seção retangular ou
trapezoidal, destinada a ser assentada com o piso coincidindo com a superfície dos
poliedros e dos paralelepípedos, com a finalidade de proteger os bordos do
pavimento ou amarrar determinadas seções do mesmo.
Pedras mestras: são os primeiros poliedros ou paralelepípedos assentados em
alinhamentos paralelos ao eixo da pista, destinados a servir de guia para o
assentamento dos demais.
b) Materiais
As pedras poliédricas terão uma face para rolamento, aproximadamente plana e que
se inscreva em círculos de raios entre 5 e 10 cm e altura entre 10 e 15 cm. Os
paralelepípedos deverão apresentar aproximadamente 10x20x15 .
Os meios-fios terão seções aproximadamente retangulares, com dimensões
mínimas de 18 cm de piso, 40 cm de altura e 80 cm de comprimento quando reto e
60 cm de comprimento quando curvo e serão aparelhados no piso e no espelho.
Os cordões ou tendões terão seção aproximadamente retangular, com dimensões
mínimas de 12 cm no piso, 30 cm na altura e 50 cm no comprimento e serão
aparelhados no piso.
Se usar areia para o colchão, esta deverá ter partículas limpas, duras e duráveis,
preferencialmente silicosas, isentas de torrões de terra e de outras substâncias
estranhas. Quando empregada uma sub -base estabilizada, esta deverá satisfazer
as especificações para este tipo de serviço.
Para o rejuntamento pode ser usado cimento asfáltico de penetração 50-60.
c) Processo construtivo
- Preparo do subleito: feito de acordo com as normas e especificações para
regularização do subleito
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- Execução dos meios-fios: deverá ser aberta uma vala para assentamento das
guias, ao longo dos bordos do subleito preparado, obedecendo ao alinhamento,
perfil e dimensões estabelecidas no projeto.
- Assentamento das pedras poliédricas /paralelepípedos: sobre o leito preparado
será espalhada uma camada uniforme de areia ou pó de pedra, numa espessura
máxima de 8cm, destinada a compensar as irregularidades e desuniformidades das
pedras poliédricas e/ou paralelepípedos.
Blocos de concreto pré-moldados e articulados
Consiste do assentamento de blocos de concreto pré-moldado (bloqueetes) através de
processo manual, rejuntados com areia ou betume sobre colchão de areia ou pó de
pedra ou sub-base de solo estabilizado.
Componentes e processo construtivo: idem ao anterior
Formato das peças (Bloquetes): retangulares, hexagonais, tipo macho e fêmea, de
encaixe, etc. A figura 45 mostra alguns detalhes do processo construtivo para estas
últimas soluções por calçamento.
Figura 45 - Detalhes do Processo Construtivo
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Capítulo 9
CONCRETO ASFÁLTICO
Também chamado de Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). É um
revestimento flexível, resultante da mistura a quente, em usina apropriada, de
agregado mineral graduado, material de enchimento (filer) e material betuminoso,
espalhada e comprimida a quente.
É a mistura de mais alta qualidade, em que um controle rígido na dosagem, mistura e
execução deve atender a exigências de estabilidade, durabilidade, flexibilidade e
resistência ao deslizamento preconizados pelas Normas Construtivas.
Propriedades fundamentais das misturas de concreto betuminoso: Durabilidade,
flexibilidade, estabilidade e resistência ao deslizamento.
Pode ser composto de: Camada de nivelamento, camada de ligação (Binder) e camada
de desgaste ou rolamento, conforme Figura 46.
Figura 46 - Tipos de Utilização do Concreto Asfáltico
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Geralmente são utilizados os seguintes materiais na composição de um concreto
asfáltico:
- Materiais betuminosos: CAP 30/45, 50/70, 85/100.
- Agregados graúdos: Pedra Britada, escória britada, seixo rolado britado ou não
- Agregados miúdos: areia, pó de pedra ou mistura de ambos.
- Filer: Cimento Portland, cal, pó calcário, que atendem a seguinte granulometria:
Peneiras
n°40
n°80
n°200
% mínima passante
100
95
65
9.1- Equipamentos utilizados
As usinas para estas misturas betuminosas podem ser descontínuas (de peso) ou
usinas contínuas (de volume). Deverão ter unidade classificadora de agregado,
misturadores capazes de produzir mistura uniforme, termômetro na linha de
alimentação de asfalto, termômetro para registrar a temperatura dos agregados. A
Figura 47 mostra o esquema geral de funcionamento de uma usina contínua
(volumétrica).
Os depósitos de material betuminoso são providos de dispositivos para aquecer o
material (serpentina elétrica) e não devem ter contato com chamas.
Os depósitos para agregado são divididos em compartimentos (silos).
As acabadoras são usadas para espalhar e conformar a mistura nos alinhamentos, nas
cotas de projeto e abaulamentos requeridos. A Figura 48 mostra uma acabadora em
funcionamento.
Os equipamentos para compressão normalmente usados são os rolos metálicos lisos,
tipo tandem ou rolos metálicos liso vibratório com carga de 8 a 12 ton e rolos
pneumáticos auto-propulsores que permitam a calibragem dos pneus de 35 a 120
lib/pol2, com peso variando de 5 a 35 ton.
Os caminhões basculantes são usados para transporte da mistura devem ser providos
de lonas.
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Figura 47 - Esquema de uma Usina Contínua
Figura 48 - Acabadora de Asfalto Auto -Propulsora
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9.2- Distribuição e compressão da mistura
A temperatura de aplicação depende do tipo de ligante, sendo que as especificações
para o concreto asfáltico fixam as faixas de viscosidade para o espalhamento e
compressão. Conhecendo-se a curva Viscosidade-Temperatura do ligante betuminoso
(CAP) utilizado, determina-se a temperatura ideal para as operações de espalhamento
e compressão através de correlação com o valor da viscosidade indicada na
especificação.
A especificação para CBUQ do DNER (DNER-ES-313/94) determina que a viscosidade
do CAP para espalhamento e compactação deve estar entre 75 e 95 SSF.
Normalmente os limites para a aplicação do CBUQ devem estar entre 107º C e 177º C.
Os agregados devem ser aquecidos a temperaturas de 10º a 15ºC acima da
temperatura do ligante.
A temperatura ambiente deve estar acima de 10º C e tempo não chuvoso.
A rolagem deve ser iniciada com baixa pressão dos pneus e sendo aumentada aos
poucos. A medida que se eleva a pressão dos pneumáticos a área de contato pneupavimento vai diminuindo, causando uma maior pressão de compactação. Esta
operação deve ser feita dos bordos para o eixo (nos casos de trechos em tangente) e
do bordo mais baixo para o mais alto (nos casos de trechos em curva). Cada passada
deve recobrir pelo menos a metade da largura rolada anteriormente.
Abertura ao tráfego deve ser feita somente após o completo resfriamento da mistura.
A Figura 49 mostra o esquema de distribuição de pressão dos rolos pneumáticos e a
Figura 50 mostra o esquema de recobrimento de duas passadas consecutivas.
Figura 49 - Distribuição de Pressão através de Rolos de Pneus
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Figura 50 - Esquema de Recobrimento de Compactação de Rolos Pneumáticos
9.3- Controles
Normalmente são feitos os seguintes controles:
- Qualidade do material betuminoso: feita através dos ensaios de Penetração, Ponto de
Amolecimento, Viscosidade, Ponto de Fulgor.
- Qualidade dos agregados: feita através dos ensaios de Granulometria, “Los Angeles” ,
Índice de Forma, Equivalente de areia, etc.
- Quantidade de ligante na mistura: feita mediante o ensaio de Extração de betume, em
amostras coletadas na pista para cada 8 horas de trabalho.
- Controle da graduação da mistura de agregados: pelo ensaio de granulometria dos
agregados resultantes da extração de betume (enquadrar nas especificações).
- Controle das características Marshall da mistura: normalmente exige-se 2 ensaios
Marshall com 3 corpos de prova cada, por dia de produção, retiradas depois da
acabadora e antes da rolagem. A estabilidade, a fluência e os demais parâmetros
medidos, devem ser comparados com os valores da dosagem.
- Controle da compactação: pode ser feita através de anéis metálicos (10 cm de
diâmetro × altura do pavimento - 5mm). Após a compressão mede-se a densidade
aparente e compara-se com a de projeto. Também pode-se comparar a densidade
aparente de projeto com a de corpos de prova extraídos após a compactação
através de sondas rotativas.
- Controle da temperatura: deverá ser controlada a temperatura do agregado no silo
quente da usina, do ligante na usina, da mistura betuminosa na saída do misturador
da usina e da mistura no momento do espalhamento e início da rolagem.
- Controle da espessura: permite-se uma variação de ± 10% da espessura de projeto.
- Controle do acabamento da superfície: permite-se uma tolerância de 0,5 cm entre
dois pontos.
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9.4- Propriedades básicas
Estabilidade: É a habilidade da mistura oferecer resistência à deformação sob o efeito
da aplicação de cargas. Simboliza a resistência ao cisalhamento da mistura, onde o
atrito é desenvolvido no arcabouço sólido e a coesão fornecida pelo betume.
O atrito depende da granulometria, forma e resistência dos agregados.
A coesão é função da velocidade com que se processa o carregamento, da área, da
viscosidade do betume, da temperatura, etc.
Durabilidade: É a resistência oferecida pela mistura à ação desagregadora de agentes
climáticos e forças abrasivas resultantes da ação do tráfego.
Fatores determinantes: teor de betume e resistência a abrasão do agregado.
Flexibilidade: É a habilidade da mistura fletir repentinamente sem que ocorra ruptura e
de acomodar-se aos recalques diferenciais ocorridos nas camadas de base.
Resistência ao deslizamento: É a habilidade da superfície da mistura evitar o
deslizamento dos pneus. É função da qualidade do agregado, do teor de betume e
textura superficial.
9.5 - Constituição da mistura
Uma mistura de concreto asfáltico pode ser representada esquematicamente da
seguinte forma.
Vazios
Mb
Mf
Vv
Asfalto
Vb
Filer
VAM
Vf
Mt
Vt
Maf
Agregado Fino
Vaf
Mag
Agregado Graúdo
Vag
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9.6- Parâmetros de interesse
a) Densidade Aparente da mistura ( d )
d=
M
M - Ma
sendo:
M = massa do corpo de prova
Ma = massa do corpo de prova imerso em água.
Finalidades:
- Cálculo da % de vazios do agregado mineral ( exigência de projeto ).
- Controle de compactação durante a construção.
b) Densidade Máxima Teórica da mistura (DMT)
É a densidade da mistura asfáltica suposta sem vazios. É a relação entre a massa total
da mistura (100%) e os volumes correspondentes ao “cheios“ da mistura:
DMT =
Mt
Vb + Vf + Vaf + Vag
DMT=
100
.
%b + %f + %af + %ag
Db Df Daf
Dag
Sendo:
%a, %f, %af, %ag → % com que cada componente que entra na mistura
Db , D f , D af , D ag
→ Densidade (real ou aparente) de cada componente da
mistura
c) Porcentagem de Vazios na mistura ( Vv )
É a relação entre o volume de vazios ocupado pelo ar e o volume total da mistura.
Misturas com elevada % Vv podem levar a ocorrência de oxidação excessiva do ligante
betuminoso, reduzindo a vida útil do concreto asfáltico, além de proporcionar
permeabilidade ao ar e água.
Misturas com baixo % Vv levam a ocorrência do fenômeno da exsudação.
Vv = D - d × 100
D
d) Porcentagem de Vazios do Agregado Mineral ( VAM )
É o volume total de vazios dado pela soma dos vazios da mistura mais o volume
ocupado pelo asfalto.
Este parâmetro é de grande interesse. Se uma mistura betuminosa sofrer uma
consolidação devido a ação do tráfego, sua plasticidade poderá ficar acrescida, pois a
% de betume que preenchia os vazios dos agregados pode tornar-se excessiva, devido
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à redução do volume de vazios. Este fenômeno poderá levar o revestimento a
deformação, deslocamentos e rupturas.
A % VAM é normalmente fixada em função do diâmetro máximo do agregado da
mistura:
VAM = Vv + Vb.
VAM = D - d × 100 + d × % b
D
db
e) Relação Betume-Vazios
Esta relação indica qual a porcentagem de vazios do agregado mineral é preenchida
por betume.
% RBV =
Se VAM = 100
Se VAM = 0
Vb × 100%
VAM
ou
%RBV = VAM - Vv
VAM
→ todos os vazios da mistura estariam preenchidos de asfalto.
→ mistura sem asfalto.
9.7 - Dosagem do concreto asfáltico
Após a definição dos materiais a serem empregados na mistura asfáltica (agregados,
filer e tipo de ligante) passa-se a dosagem do concreto betuminoso, onde o teor de
asfalto residual é o item fundamental.
Para a dosagem do concreto betuminoso, normalmente devem ser vencidas as
seguintes etapas:
1ª - Escolha dos agregados e material betuminoso
2ª - Determinação das porcentagens com que os agregados (grosso e fino) e filer
devem contribuir na mistura de modo a atender as especificações com relação a
granulometria. Este item já foi visto no item “mistura de agregados” onde foram
estudados vários métodos de mistura (analítico, gráficos, tentativas).
3ª - Determinação do teor ótimo de betume. Esta operação pode ser feita por
tentativas, aonde se vai variando o teor de asfalto e comparando os resultados de
ensaios de estabilidade para vários teores estudados. Existem outros processos que
dão idéia bem aproximada do teor de asfalto como o método da área específica ou o
método dos vazios.
4ª - Comparação da mistura estudada com as exigências das especificações com
relação aos vazios de ar, vazios do agregado mineral, granulometria e estabilidade.
Não sendo satisfeitas estas condições, dosa-se novamente a mistura.
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Na dosagem do concreto betuminoso podem ser usados vários métodos como por
exemplo: Marshall, Hubbard Field, Triaxial, Hveem, Ruiz e mais recentemente a
metodologia SUPERPAVE do programa americano SHRP.
Os organismos rodoviários brasileiros (DNER, DERs , etc) recomendam o método
Marshall para dosagem do concreto betuminoso. Este método foi criado pelo
Engenheiro Bruce Marshall e baseia-se na determinação da estabilidade empregando o
princípio do corte em compressão semiconfinada. Este processo é utilizado tanto para
projeto de misturas como para controle de campo.
O método Marshall
a) Estudo da mistura de agregados
Nesta fase preliminar são determinadas as principais características dos agregados
escolhidos como por exemplo a massa específica real e aparente dos agregados, a
porcentagem de vazios dos agregados e a granulometria.
Conhecidos os materiais e estando de acordo com as especificações, passa-se ao
estudo da mistura dos agregados, de modo a atenderem à especificação
granulométrica do Concreto Asfáltico, ou seja, os agregados devem ser misturados em
proporções de modo a se enquadrarem nas faixas granulométricas pré-estabelecidas
(vide especificações para o Concreto Asfáltico do DNER, dadas a seguir).
b) Determinação do teor ótimo de ligante
Utilizando-se agregados razoavelmente bem graduados, os vazios existentes entre as
partículas deverão ser preenchidos com ligantes. O teor de asfalto deve ser
progressivamente aumentado de modo a preencher os vazios de ar até que os espaços
vazios do agregado mineral estejam cheios ao máximo permitido. Ao se aumentar o
teor de ligante além de um certo ponto, não se conseguirá uma máxima consolidação.
A medida que se varia o teor de ligante, a densidade, a estabilidade, a fluência, a
porcentagem de vazios da mistura, a relação betume-vazios também sofre variação. O
teor ótimo de ligante será aquele que satisfizer, ao mesmo tempo, os limites
especificados para os vários parâmetros de interesse.
O teor ótimo de ligante pode ser expresso através da porcentagem de asfalto, em peso,
em relação à mistura ou através da porcentagem de asfalto, em peso, em relação aos
agregados.
Suponhamos 3 materiais (Agregado graúdo = 65%, Agregado miúdo = 31% e Filer =
4%) que satisfaçam a uma determinada faixa granulométrica. Suponhamos também
que a porcentagem encontrada para o asfalto seja 6%, sobre 100% da mistura de
agregados. Temos então duas maneiras de explicitar o traço da mistura:
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Brita:
65%
Areia: 31%
Cimento: 4%
100%
Asfalto: 6%
106%
65% / 106% = 61,32%
31% / 106% = 29,25%
4% / 106% = 3,77%
6% / 106% = 5,66%
100%
Ex.:
65
106
x
100 → x = 100 x 65
106
x = 61,32
c) Determinação dos parâmetros de interesse e das características
Marshall da mistura
No ensaio Marshall o principal aspecto de interesse é a análise de fatores como
densidade, vazios, estabilidade e fluência.
São moldados Corpos de Prova com teores crescentes de asfalto (4 a 8%). As
proporções de agregados e filer são definidas previamente através de estudo
específico. Os corpos de prova têm a forma cilíndrica, apresentando aproximadamente
10 cm de diâmetro e 6,35 cm de altura e são compactados através de soquete que age
sobre a mistura em um cilindro padronizado.
Após a confecção dos corpos de prova podem ser calculados os seguintes parâmetros:
Densidade Real e Aparente (D,d), Porcentagem de Vazios (%vv), Porcentagem dos
Vazios do agregado Mineral (%VAM) e Relação Betume-Vazios (RBV).
Feitos estes cálculos iniciais, os corpos de prova são aquecidos até atingirem 60º e
submetidos aos ensaios de Estabilidade e Fluência Marshall.
Entende-se por estabilidade como sendo a grandeza que mede a resistência da massa
asfáltica à aplicação de carga. Determina a carga máxima que a massa asfáltica pode
suportar.
O ensaio de estabilidade Marshall é feito por cisalhamento e não por compressão, pois
sendo o concreto asfáltico uma camada de rolamento, o maior esforço solicitante é
dado pela ação do tráfego, que é de cisalhamento, devido às cargas horizontais.
Normalmente é expresso em Kg.
A fluência é a medida do quanto a massa asfáltica pode “andar” (esmagar, deformar)
sob ação cisalhante sem se romper. É a medida da elasticidade da massa.
Se uma massa asfáltica “andar” muito, acarretará esmagamento da mistura e em
consequência, ondulação à pista. É inconveniente também que a massa asfáltica
“ande” pouco, pois ao sofrer ação de elevado carregamento, sem capacidade de
mover-se, pode trincar.
A determinação da Resistência à Tração e do Módulo de Resiliência do concreto
asfáltico será vista no capítulo 10.
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d) Especificações do DNIT (DNIT-ES 031/2006)
Granulometria
Características específicas
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Vazios do Agregado Mineral
e) Curvas de projeto de misturas de concreto asfáltico pelo método
Marshall
Porcentagem de vazios (%Vv)
Vv
(%)
t4
teor de asfalto (%)
Relação betume-vazios (RBV)
RBV
(%)
t5
teor de asfalto (%)
180
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Densidade aparente (d)
d
(Kg /m3)
t3
teor de asfalto (%)
Porcentagem de vazios do agregado Mineral (% VAM)
VAM
(%)
t6
teor de asfalto (%)
Estabilidade Marshall (E)
E
(Kgf)
t1
teor de asfalto (%)
Fluência (f)
f
(mm)
ou
1/100”
t2 teor de asfalto (%)
181
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Para o traçado dos gráficos é considerada a média de três determinações para cada
parâmetro. Quando uma determinação apresentar um valor muito discrepante em
relação às outras duas, pode-se tomar a média apenas destas duas.
f) Determinação do teor ótimo de ligante
O teor ótimo de ligante é adotado como sendo o valor médio dos seguintes teores de
asfalto:
a) Porcentagem de asfalto correspondente à máxima Estabilidade
b) Porcentagem de asfalto correspondente à máxima Densidade Aparente
c) Porcentagem de asfalto correspondente à média dos limites estabelecidos nas
especificações para a Porcentagem de Vazios
d) Porcentagem de asfalto correspondente à média dos limites estabelecidos nas
especificações para a Relação Betume-Vazios
Teor Ótimo de Asfalto = t1 + t3 + t4 + t5
4
Observações:
1) Após a definição do teor ótimo de asfalto deve -se estabelecer uma faixa de trabalho
para este valor. Para o CBUQ esta variação é normalmente de ± 0,3%.
2) O teor ótimo de ligante assim determinado deve ser conferido em todas as curvas
traçadas, e caso não satisfaça alguns dos limites impostos pelas especificações, uma
nova mistura deverá ser adotada.
g) Exemplo numérico
Determinar o teor ótimo de asfalto para um CBUQ que esta sendo dosado pelo método
Marshall. A mistura de agregados ficou enquadrada na faixa “C” do DNER e o asfalto
utilizado foi um CAP 85/100 (densidade de 1,031 g/cm3). O produto final deverá
atender as seguintes especificações:
Emim = 350 Kgf (75 golpes)
f = 2 a 4,5 mm
%Vv = 3 a 5 %
RBV = 75 a 82 %
Depois de feita uma previsão inicial para o teor ótimo de asfalto, foram moldados os
corpos de prova para 5 teores diferentes de asfalto e os valores médios determinados
para os parâmetros físicos de interesse se encontram no quadro a seguir:
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CAP
(%)
4,5
5
5,5
6
6,5
E
(Kgf)
400
550
800
800
600
f
(mm)
2,0
2,6
3,2
3,9
4,3
d
(g/cm3)
2,25
2,27
2,30
2,32
2,30
D
(g/cm3)
2,47
2,43
2,40
2,38
2,35
Vv
(%)
8,91
6,58
4,17
2,52
2,13
VAM
(%)
18,73
17,59
16,43
16,02
16,63
RBV
(%)
52,43
62,59
74,62
84,27
87,19
Solução
a) Curvas de projeto para os 5 teores estudados:
E
d
teor de asfalto
Vv
teor de asfalto
RBV
teor de asfalto
teor de asfalto
9.8 – O Ensaio Marshall para misturas asfálticas
Este método de ensaio fixa o modo pelo qual se determina a estabilidade e a fluência
de misturas betuminosas a quente utilizando-se o aparelho Marshall.
O ensaio (em linhas gerais) segue os seguintes passos:
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a) Moldagem de 3 corpos de prova para cada teor estudado
- Pesar aproximadamente 1200 g de agregados a serem usados.
- Secar os agregados em estufa (105 a 110º C) e separá-los em frações
- Aquecer o ligante até a temperatura que conduza a uma viscosidade Saybolt de 85 ±
10 seg.
- Aquecer os agregados até uma temperatura de 28º C acima da temperatura do
ligante.
- Misturar agregados e ligantes
- Compactar a mistura (a quente) no molde:
-A temperatura de compactação deverá ser aquela correspondente a uma
viscosidade Saybolt de 140 ± 15 seg.
-O corpo de prova deve ter as seguintes medidas: φ ± 10cm e h = 6,35 ± 0,13cm.
-A mistura é colocada no molde e são dados 15 golpes com espátula na periferia
da amostra e 10 no centro.
-Promover 50 golpes com soquete padronizado (para pressão de pneus até 7
Kg/cm2) ou 75 golpes com o mesmo soquete (para pressão de pneus de 7 a 15
Kg/cm2).
-O soquete pesa 4540g e a altura de queda é de 45,72cm.
-O molde de compactação (anel) é invertido e é repetido o mesmo número de
golpes na outra face do corpo de prova.
- O corpo de prova é então retirado do molde e colocado em repouso à temperatura
ambiente.
b) Determinação da estabilidade e fluência
- Os corpos de prova já confeccionados são imersos em água a 60º C.
- Após 30 a 40 minutos os corpos de prova são retirados da água, secados e colocados
no molde de compressão.
- O molde com o corpo de prova (semiconfinamento) é levado à prensa Marshall e
adaptado o medidor de fluência. A velocidade de aplicação de carga promovida pela
prensa é de 5 cm/min.
- A aplicação do carregamento se dá pela elevação do êmbolo.
- Durante o processo de carregamento e ruptura do corpo de prova são feitas as
seguintes leituras:
Carga de ruptura no anel dinamomêtrico (em Kgf) ⇒ Estabilidade Marshall
Diferença de leitura de deformação no medidor de fluência ⇒ Fluência
9.9 - Controle do teor ótimo de ligante e granulometria
Durante a confecção e execução de uma mistura betuminosa surge a necessidade e a
obrigação de se controlar alguns parâmetros principais que foram definidos durante o
processo de dosagem.
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Para isto, normalmente é utilizado um ensaio específico, realizado por meio de um
extrator centrífugo conhecido por Rotarex, que promoverá a separação da parte
granular da parte ligante de uma amostra da mistura em questão. Após esta separação
pode-se conferir a proporção de agregados e a proporção de asfalto da mistura e
confrontar estes resultados com os de projeto.
O ensaio (em linhas gerais) segue a seguinte sequência:
- Coleta da mistura betuminosa (± 1000 g). Esta coleta pode ser feita na usina de
fabricação da mistura ou no próprio local de aplicação, dependendo do objetivo do
controle.
- Colocar a amostra em estufa por um período de uma hora (100 a 120º C)
- Pesar a amostra (1000 g) e colocar dentro do extrator de betume junto com papel
filtro.
- Verter no interior do extrator 150ml de solvente (Tetracloreto de carbono CCl4 ou
bissulfeto de carbono ) e deixar e m repouso por 15min.
- Colocar um Becker sob o tubo lateral de escoamento.
- Aplicar movimento rotativo no prato centrifugador, a uma velocidade gradativa, até
que a solução de betume e solvente venha escoar-se pelo tubo lateral.
- Após esta primeira fase, o aparelho é paralisado e adicionado uma nova porção de
solvente (150ml) sobre a mistura no interior do prato.
- Estas operações são repetidas até que o solvente saia completamente limpo no tubo
lateral.
- Após o último ciclo de centrifugação o prato com o material que sobrou (agregados) é
levado para estufa (80 a 100º C) para secagem e eliminação do solvente ainda
presente nos agregados.
- Depois de seco o agregado é pesado.
- A diferença de peso da amostra antes e após o ensaio indica o peso do betume
(asfalto) extraído.
- O cálculo da porcentagem de betume (teor de betume) é dado pela seguinte
expressão:
P = Peso do betume extraído x 100
Peso da amostra total
- O agregado recuperado (restante) é submetido a um ensaio de granulometria para
verificação e conferência da faixa granulométrica empregada.
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Capítulo 10
A DEFORMABILIDADE EM MISTURAS ASFÁLTICAS
O material apresentado neste capítulo foi retirado de MARQUES (2004) que é a
tese de doutoramento do presente autor. No item 2.1 de MARQUES (2004) é feita a
revisão de literatura sobre módulos de deformabilidade de misturas asfálticas.
Grande parte do texto, figuras e expressões foram mantidos conforme o original,
porém a seqüência de itens foi simplificada.
Por se tratar do mesmo autor, as referências bibliográficas aqui citadas foram
consultadas durante a feitura do trabalho original. Para maiores detalhes e
informações sugere-se consultar diretamente em MARQUES (2004) uma vez que
estas notas de aulas têm um caráter informativo geral para o curso de graduação.
10.1 - Introdução
A previsão das tensões e deformações provenientes do tráfego e do clima que
atuam na estrutura de um pavimento é feita por métodos de cálculo que levam em
consideração os esforços atuantes e as características de deformabilidade dos
materiais que compõem o pavimento. O conhecimento das respostas estruturais dos
materiais (misturas asfálticas e solos) às tensões impostas é modernamente obtido
pelo Módulo de Resiliência (MR) que pode ser estabelecido por ensaios de
laboratório.
Para se efetuar a análise de deformabilidade de uma estrutura é necessário
conhecer as relações entre tensão e deformação de seus materiais constituintes.
Sob esse enfoque reside o princípio da mecânica dos pavimentos. O módulo de
deformabilidade dos materiais que compõem as camadas do pavimento e do
subleito é um dos elementos mais importantes para este fim.
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Segundo MEDINA (1997), tanto o pavimento quanto o subleito estão sujeitos a uma
solicitação dinâmica provenientes de cargas de diferentes intensidades e variadas
frequências ao longo do dia e do ano. Os ensaios de carga repetida procuram
reproduzir estas condições (dinâmicas) de campo, com a amplitude e o tempo de
pulso do carregamento dependendo da velocidade do veículo e da profundidade
que se deseja calcular as tensões e deformações.
O Módulo de Resiliência MR é análogo ao módulo de elasticidade E, sendo ambos
definidos como relação entre tensão (σ ) e deformação (ε ). A diferença é que o
Módulo de Resiliência é determinado em ensaio de carga repetida. Valores de pico
das tensões e das deformações recuperáveis que ocorrem nos ensaios são usados
para calcular a constante elástica resiliente.
10.2 - O comportamento dinâmico de misturas asfálticas
Para FONSECA (1995), existem vários procedimentos de laboratório para se
analisar o comportamento dinâmico de misturas betuminosas, podendo-se citar: (a)
módulo complexo (dinâmico); (b) o módulo elástico (flexão) e (c) módulo diametral
(resiliente ou indireto). Estes procedimentos de testes não produzem valores de
módulos equivalentes apesar de definirem de maneira comum o módulo como
sendo uma razão entre a tensão dinâmica aplicada e a correspondente deformação
recuperável.
A determinação do Módulo de Resiliência de concreto asfáltico pode ser feita por
vários tipos de ensaios de cargas repetidas. Os ensaios mais comumente usados
são os seguintes:
1- ensaio de tração uniaxial
2- ensaio de compressão uniaxial
3- ensaio de flexão em viga
4- ensaio de tração diametral indireta
5- ensaio de compressão triaxial
Segundo BARKSDALE et al (1997) as camadas constituintes de um pavimento têm
seções anisotrópicas nas quais as propriedades nas direções radiais são iguais,
mas na direção vertical são diferentes. Daí a variedade de ensaios para tentar
avaliar as propriedades mecânicas ao longo da altura das camadas.
WALLACE e MONISMITH (1980) dizem que para uma descrição adequada das
características resilientes de um material, são requeridos cinco parâmetros:
1- deformação vertical devido a um incremento na tensão vertical
2- deformação radial devido a um inc remento na tensão vertical
3- deformação radial devido a um incremento na tensão radial
4- deformação vertical devido a um incremento na tensão radial
5- deformação radial devido a um incremento na tensão radial em uma
direção perpendicular à deformação.
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Estes autores afirmam que o ensaio triaxial mede o primeiro e às vezes o segundo
parâmetro, ao passo que o ensaio diametral mede uma composição do terceiro e do
quinto parâmetro com peso aproximadamente igual sendo dado para cada
parâmetro.
10.3 - O Ensaio de tração diametral indireta
Segundo LOBO CARNEIRO (1996), a necessidade de se determinar a resistência à
tração do concreto foi inicialmente para pistas de estradas de rodagem, onde o
concreto normalmente não é armado e trabalha à tração por flexão. No Brasil sempre
se adotou para ensaiar o concreto a resistência a compressão de corpos-de-prova
cilíndricos, e para o controle da resistência à tração, o ensaio por flexão de vigotas.
Este foi usado no controle das pistas de vários aeroportos utilizados para envio de
carga e pessoal da América para a Europa durante a 2ª Guerra Mundial, como os de
Natal e Recife.
Até 1942 ensaiava-se o concreto a tração unicamente pelo método das vigotas e foi
então que surgiu um fato novo, um fato fortuito segundo LOBO CARNEIRO (1996), que
se não fosse o caso de uma igreja talvez ele nunca tivesse se preocupado com o
problema. Surgiu a necessidade de ser retirada da sua posição original uma igreja que
ficava na rua de São Pedro para a construção da atual Avenida Presidente Vargas na
cidade do Rio de Janeiro. O eixo da Avenida. Presidente Vargas deveria ser colocado
em rigoroso alinhamento com a Av. do Mangue e para isto foi necessário pegar três
ruas paralelas a Rua da Alfândega, uma dela era a rua de São Pedro. A igreja ficava na
esquina da rua São Pedro com a rua dos Ourives, atual rua Miguel Couto e era
chamada igreja de São Pedro dos Clérigos. Era uma igreja histórica, muito importante,
com estilo barroco do século XVIII, a primeira igreja construída no Brasil com planta
elíptica, curvilínea, não retangular, a segunda é a Igreja do Rosário dos Pretos em
Ouro Preto (LOBO CARNEIRO, 1996)
Segundo o relato de LOBO CARNEIRO (1996), a empresa Estacas Franki fez uma
proposta de transportar a igreja da rua de São Pedro para a outra esquina, a
aproximadamente dez metros, fazendo rolar a igreja sobre rolos de concreto. Como as
paredes da igreja tinham em torno de um metro de espessura, a idéia inicial consistia
em ir demolindo a parte inferior das paredes e substituindo-as por concreto. Ao final
deste processo, toda a base das paredes ficaria com uma fita de concreto debaixo da
qual estariam rolos de concreto e a igreja seria empurrada por meio de macacos. A
opção por rolos de concreto se deu pelo fato da empresa de estacas já ter feito
semelhante serviço na Europa com rolos de aço, mas durante a guerra (1943) era difícil
obter este material, então teve-se a idéia de fazer rolos de concreto, mas não se sabia
calcular a capacidade cortante de um rolo de concreto.
Por intermédio e sugestão do professor Dirceu Veloso a empresa de estaqueamento
solicitou ao Instituto Nacional de Tecnologia (INT), que fizesse ensaios nesses rolos de
concreto. No INT, o professor Lobo Carneiro iniciava sua carreira, e para sua surpresa,
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o rolo de concreto se abriu em duas metades ao ser submetido ao carregamento na
máquina de compressão na posição diametral. Ele relata que achou aquela situação
muito estranha e foi buscar a compreensão do fato em livros de teoria da elasticidade e
diz “ já que a ruptura se dá segundo esse estudo por tração, eu tive a idéia de usar os
mesmos corpos cilíndricos de concreto que se usa para determinar a resistência a
compressão na condição vertical, colocados deitados sobre a maquina e determinar a
resistência a tração”.
Surgiu assim a idéia deste ensaio que é hoje em dia conhecido como ensaio de tração
indireta ou ensaio de resistência a tração por compressão diametral. Segundo LOBO
CARNEIRO (1996) os franceses chamam de ensaio de fendilhamento, mas em todo o
mundo ele é conhecido como “Brasilian test”, ensaio brasileiro.
O professor Lobo Carneiro apresentou este ensaio na 5ª reunião da Associação
Brasileira de Normas Técnicas, de 20 a 23 de setembro de 1943. Ele frisa a
importância deste evento e conseqüentemente a data de sua realização (setembro de
1943) porque 10 anos depois foi descoberto que um japonês, chamado Akazawa, tinha
apresentado a mesma proposta de ensaio no Japão, dois meses depois em novembro
de 1943. Naquela época não havia comunicação entre o Japão e o Brasil e só se
soube deste fato 10 anos depois.
Ainda em 1943 o diretor do INT foi convidado para ir a Paris com mais 14 diretores dos
grandes laboratórios de pesquisa sobre estruturas e materiais do mundo para fundar
uma associação que recebeu o nome de RILEM – Reunião Internacional de
Laboratórios de Ensaios de Materiais. Ele pediu então ao professor Lobo carneiro que
traduzisse para o Francês o artigo apresentado na reunião da ABNT, e o levou e
distribuiu aos chefes dos principais laboratórios do mundo. O outro autor do artigo era
Aguinaldo Barcelos.
O método foi adotado pela ASTM em 1966, após ter sido provisório desde 1962.
Também foi adotado pelo Comitê Europeu do Concreto em 1964 e pela RILEM em
1966, tornando-se método internacional adotado pela ISO (International Standart
Organization) através do método ISO 4108 de 1980.
No Brasil este ensaio é regulamentado pelo DNIT por meio do método de ensaio
DNER ME138/94. Este método de ensaio prescreva o modo pelo qual se determina
a resistência à tração, de corpos-de-prova cilíndricos de misturas asfálticas, através
do ensaio de compressão diametral.
Um esquema do ensaio pode ser visto na figura 51. Como os níveis de tensões de
tração ao longo do plano diametral vertical são relativamente uniformes pode-se
calcular a tensão de tração pela seguinte expressão:
σt =
2F
πdt
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Onde:
σt = Tensão de Tração (Kg/cm2 ou MPa)
F = Força aplicada ao longo do diâmetro vetical (Kg ou N)
d = Diâmetro do Corpo-de-prova
t = Espessura do corpo-de-prova
Figura 51- Ensaio de Tração Indireta para misturas asfálticas (PINTO e
PREUSSLER, 1980)
10.4 - O Conceito de Módulo de Resiliência de Misturas Asfálticas
Segundo PINTO e PREUSSLER (1980) o ensaio de tração indireta ou compressão
diametral, conhecido como "ensaio brasileiro", desenvolvido por Lobo Carneiro e
Barcellos no Brasil e independentemente por Akazawa no Japão, para determinar a
resistência à tração de corpos-de-prova de concreto de cimento, através de solicitação
estática também passou a ser usado internacionalmente para determinação do módulo
de elasticidade dinâmico de misturas betuminosas e materiais cimentados a partir da
década de 70.
O ensaio dinâmico consiste em se solicitar uma amostra cilíndrica, por uma carga de
compressão F distribuída ao longo de duas geratrizes opostas, sob frisos de cargas, e
medir as deformações resilientes ∆ ao longo do diâmetro horizontal, perpendicular à
carga F aplicada repetidamente (Figura 1). As deformações diametrais e horizontais
são medidas através de medidores eletromecânicos tipo LVDT. (PINTO e
PREUSSLER, 1980). Este tipo de medida da relação σ x ε passou a ser designado de
módulo de resiliência ou resiliente.
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O Módulo de Resiliência é definido pela expressão:
s
MR = t
?
Onde:
MR – Módulo de deformação resiliente
σt - Tensão de tração aplicada dinamicamente
∆ - Deformação específica resiliente para um determinado número de aplicação
da tensão
No plano diametral horizontal e perpendicular a carga F, conforme visto na figura 52,
ocorrem as tensões σx e σy, expressas por:
2F  d2 − 4x 2 


sx =
πtd  d2 + 4x 2 
2
− 2F 
4d4
sy =
πtd  d2 + 4x 2
(
)
2

− 1


Onde:
t = altura da amostra
d = diâmetro da amostra
x = abscissa do ponto considerado
σx = tensão de tração
σy = tensão de compressão
Figura 52 - Tensões de Tração e Compressão no Plano Diametral Horizontal no ensaio
de compressão diametral (PINTO e PREUSSLER, 1980).
As expressões para a deformação ε x no diâmetro horizontal é a seguinte:

2F  4d4 − 16d2 x 2
εx =
+ (1− µ )
 2
2
Eπtd  d + 4x 2

(
)
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Ao se integrar a expressão acima no intervalo de (-d/2 , +d/2) e considerando um
diâmetro de 10,16 cm, obtém-se o deslocamento total ∆:
d/ 2
∆=
∫ Exdx = Et (µ + 0,2734)
F
−d / 2
O valor do Módulo de Resiliência pode então ser obtido:
F
E=
(µ + 0,2734)
t∆
Onde:
t = altura da amostra
d = diâmetro da amostra
µ = coeficiente de Poisson
No plano diametral vertical também ocorrem tensões σx e σy, conforme pode ser visto
na figura 53 expressas por:
2F
σx =
πtd
− 2F  2d
2d


σy =
+
− 1
πtd  d − 2y d + 2y 
Figura 53 - Tensões de Tração de Compressão no Plano Diametral Vertical no ensaio
de compressão diametral (PINTO e PREUSSLER, 1980)
O módulo de elasticidade ou resiliente de amostras cilíndricas de diâmetro conhecido
quando submetidas ao ensaio de compressão diametral por meio de um friso curvo
pode ser calculado pelas seguintes expressões: (PINTO e PREUSSLER,1980 e
MEDINA, 1997):
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MR =
F
(0,9976µ + 0,2692)
∆t
para d = 10,16 cm
MR =
F
(0,999µ + 0,2712)
∆t
para d = 15,24 cm
O ensaio de Módulo de Resiliência tornou-se rotineiro em muitos laboratórios por
representar uma propriedade fundamental das misturas asfálticas na estimativa da
vida de fadiga e para os dimensionamentos racionais, sendo de uso generalizado
em todo o mundo (MOTTA, 1998).
No Brasil, os procedimentos para execução do ensaio do módulo de resiliência em
misturas asfálticas são fixados pela norma DNER ME 133/94. Atualmente, a
Comissão de Asfalto do Instituto Brasileiro do Petróleo (IBP) está atualizando e
padronizando os procedimentos executivos na elaboração de uma nova norma
brasileira para o ensaio de módulo de resiliência.
10.5 - O Conceito de Módulo de Resiliência de Solos
Segundo MEDINA e MOTTA (20005) o estado de tensões em um elemento do
subleito ou camada do pavimento varia com a posição da carga móvel. Quando esta
se posiciona verticalmente acima do elemento, têm-se as tensões normais principais
horizontais e verticais (σ3 = σh e σ1 = σv ) conforme figura 54.
Figura 54 – Variações de Tensões Causadas por uma Carga Móvel
O ensaio triaxial é feito a tensão confinante constante (σ3) e a tensão vertical
variável (σ1) da seguinte forma:
σ1 = σ3 + σd
(8)
193
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Onde σd é a tensão de desvio variável
O Módulo de Resiliência MR no ensaio triaxial de cargas repetidas é definido da
seguinte forma:
MR = σd
ε1
Onde σd é a tensão desvio (σ1 - σ3 ) e ε 1 é a deformação resiliente axial
(vertical):
ε 1 = ∆h
h0
Onde ∆h é o deslocamento vertical máximo e h0 é a altura inicial de
referência do corpo-de-prova cilíndrico.
10.6 - O equipamento para determinação do Módulo de Resiliência
de Misturas Asfálticas
O módulo de resiliência (MR) de misturas asfálticas obtido do equipamento ora
solicitado é determinado através de ensaios dinâmicos de compressão diametral a
cargas repetidas por tração indireta e obtido pela relação entre a tensão de tração
normal ao plano vertical diametral e a respectiva deformação específica resiliente
nesse plano.
Neste item serão mostrados detalhes do equipamento pretendido como montagem,
preparação, execução e obtenção dos resultados de interesse. As informações aqui
contidas foram extraídas de MARQUES (2004) que trabalhou com este equipamento
no qual foi apoiada toda a sua tese de doutorado.
a) O Equipamento
O equipamento é constituído das seguintes partes:
•
•
•
Prensa constituída por montantes, base e cabeça, com calha de apoio e friso de
aplicação de carga.
Sistema pneumático com controle automatizado dos carregamentos e aquisição de
dados.
Sistema de medição de deformação (deslocamento diametral horizontal) do corpo
de prova, constituído de: dois transdutores mecano-eletromagnéticos tipo LVDT
(linear variable differential transformer) de contato; quadro suporte para fixação dos
transdutores, preso por garras ao longo dos diâmetros horizontais das faces do
corpo de prova cilíndrico.
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•
•
Sistema de controle e aquisição de dados constituído por micro-computador
equipado com software especialmente desenvolvido para controle e execução de
ensaios em misturas asfálticas como módulo de resiliência, fadiga, creep estático e
creep dinâmico (figura 55)
Sistema automático para controle de temperatura, constituído de câmara climática,
sensor tipo termopar e regulador elétrico que permite variar a temperatura numa
faixa de 5°C a 80°C. Os sistemas de carregamento e medição são operados no
interior da câmara.
Figura 55 - Sistema de controle e aquisição de dados (VIANNA, 2002)
b) Montagem do ensaio
A montagem do equipamento e a fixação dos corpos-de-prova para a execução do
ensaio segue os seguintes passos:
•
•
•
•
Prender o quadro-suporte por meio de duas garras nas faces externas do corpo de
prova cilíndrico que se encontra apoiado horizontalmente segundo uma diretriz.
Colocar o corpo-de-prova na base do pórtico metálico, apoiado no friso côncavo
inferior
Assentar o pistão de carga com o friso superior em contato com o corpo de prova
diametralmente oposto ao friso inferior.
Fixar e ajustar os transdutores LVDTs de modo a obter a leitura inicial dentro da
faixa linear.
Na figura 56 pode ser vista uma sequência dos procedimentos de montagem do ensaio
do módulo de resiliência e a figura 57 destaca um ensaio sendo realizado mostrando
em detalhes o pórtico metálico (A) e a câmara de ensaios com controle de temperatura
(B).
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Figura 56 – Sequência da montagem do ensaio de MR em mistura asfáltica
Figura 57 – Visão completa de um ensaio de módulo de resiliência em misturas
asfálticas.
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c) Aplicação do carregamento repetido
Todo o processo de aplicação das cargas repetidas pelo pistão de cargas é controlado
por um software especialmente desenvolvido para a realização dos ensaios de cargas
repetidas.
O primeiro passo é preencher os dados de informação do ensaio na tela inicial do
programa, tais como: número da amostra, origem, número do corpo de prova, diâmetro
e altura do corpo de prova, temperatura, etc. Nesta tela também aparecem registradas
as constantes dos LVDTs utilizados, e as constantes para a correção da pressão do
pistão. Um exemplo desta tela pode ser visto na figura 58.
Figura 58 - Tela inicial do software para execução do ensaio de módulo de resiliência
Ao se confirmar os dados iniciais, passa-se à rotina para ajuste dos LVDTs em que
uma leitura inicial é tomada devendo estar os LVDTs indicando uma leitura dentro da
faixa de trabalho permitida para os mesmos.
Após checar se está tudo em ordem, dá-se início a aplicação de carga na amostra.
Nesta fase é que se define qual a pressão inicial a ser aplicada no cilindro de pressão
pelo pistão assim como o valor do incremento de pressão. O valor da força aplicada é
obtido em função das dimensões do êmbolo do cilindro e da pressão utilizada.
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d) Determinação do valor do módulo de resiliência
Segundo MEDINA (1997) o módulo de resiliência pode ser expresso em função da
força vertical aplicada, do deslocamento horizontal medido, do coeficiente de Poisson
do material e das dimensões do corpo de prova. Utiliza -se a expressão (6), mostrada
anteriormente, para a definição do módulo de resiliência em corpos de prova com 10,16
cm de diâmetro.
MR =
F
(0,9976 µ + 0,2692 )
∆t
Onde:
MR = Módulo de resiliência (MPa)
F = Carga vertical repetida aplicada diametralmente no corpo de prova (N)
t = Altura do corpo de prova
∆ = Deslocamento resiliente (mm)
µ = Coeficiente de Poisson
Ao ser aplicado o carregamento, os valores do deslocamento resiliente horizontal do
corpo-de-prova são captados pelos LVDTs. O valor da força vertical efetivamente
aplicada é calculado pelo sistema. A altura do corpo de prova é fornecida pelo operador
na fase inicial de identificação da amostra. O coeficiente de Poisson também é definido
pelo operador na fase da aplicação de carga.
O módulo de resiliência só é registrado quando o valor do deslocamento é superior a
um valor mínimo dependente da sensibilidade do LVDTs (≈ 0,003 mm). Ao se atingir
este valor mínimo de deslocamento, o sistema faz o registro do MR dos 5 ou 10 golpes
seguintes. O número de golpes registrados depende da % de variação que se
estabeleceu para os valores obtidos nos deslocamentos seguidos. Após a aplicação
dos golpes da primeira fase, o sistema é pausado por 10 segundos e uma nova
sequência de golpes é aplicada. São feitas 3 fases de aplicação de carregamento para
a definição do valor do MR para um corpo-de-prova. O valor médio das três fases de
determinações é indicado como o valor final do MR para o corpo de prova ensaiado. A
figura 59 mostra o resultado final obtido para um ensaio de MR feito em um corpo-deprova.
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Figura 59 – Exemplo de uma tela de apresentação final do resultado do ensaio de
módulo de resiliência.
10.7 - O equipamento para determinação do Módulo de Resiliência
de Solos
O equipamento para determinação do módulo de resiliência de solos e agregados é
o mesmo já descrito anteriormente ou seja, as partes constituintes são as mesmas
acrescentado-se apenas a câmara triaxial de carregamento repetido de grandes
dimensões. Este componente é utilizado no lugar da prensa de aplicação de cargas
descrita no item 10.6.
O sistema pneumático com controle automatizado dos carregamentos e aquisição de
dados é o mesmo já descrito.
O sistema de controle e aquisição de dados também é o mesmo já descrito em que um
módulo especial para ensaios em solos e agregados é disponibilizado. Desta forma o
sistema completo do equipamento executa 5 ensaios diferentes: 4 em misturas
asfálticas (módulo de resiliência, fadiga, creep estático e creep dinâmico) e um em
solos e agregados (ensaio triaxial de cargas repetidas).
Sistema de medição de deformação (deslocamento axial vertical) do corpo de prova
difere um pouco daquele descrito para misturas asfálticas. Neste caso os transdutores
mecano-eletromagnéticos tipo LVDT (linear variable differential transformer) são
199
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fixados no cabeçote do corpo-de-prova e os mesmos têm ligação com o exterior da
câmara.
Na figura 60 pode ser visto o porte metálico (A) e a câmara de compressão triaxial de
carregamento repetido.
Figura 60 – Detalhe da câmara triaxial de carregamento repetido
a) Execução do ensaio
O ensaio triaxial de cargas repetidas inicia-se com a preparação dos corpos-deprova que geralmente são obtidos por compactação por impacto em molde
tripartidos verticalmente. Após a compactação é determinada a massa do corpo-deprova. Os passos seguintes podem ser assim resumidos:
- Colocar o corpo-de-prova (CP) sobre uma pedra porosa ainda envolvido pelo
molde cilíndrico tripartido;
- Desmoldar as três partes do cilindro
- Envolver o CO com uma membrana de borracha
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- Colocar o CP sobre a base da célula triaxial
- Fixar os LVDTs ao cabeçote
- Colocar o cilindro da célula triaxial
- Assentar a tampa da célula triaxial nas hastes
- Conectar a haste ao pistão de carga
- Encaixar os mangotes de ar comprimido para aplicação das tensões desvio e
confinante
- Ligar o ar comprimido
- Ligar sistema de aquisição e reprodução de dados
- Fazer ajuste fino dos LVDTs com o auxilio das hastes rosqueadas
- Iniciar o condicionamento com aplicação de 500 pulso de carga em 3 estágios de
aplicação de tensão desvio e confinante
- Ajustar novamente os LVDTs e iniciar o ensaio
- Aplicar 18 ciclos de carga com 10 aplicações de carga por ciclo
- Após aplicação do último ciclo de cargas verificar os valores e gráficos no monitor
- Retirar o CP e coloca-lo em uma cuba metálica, verificar a massa e leva-lo para
estufa
- Determinar a umidade do CP
b) Determinação do valor do módulo de resiliência
Diferentemente do ensaio em misturas asfálticas, o valor do módulo de resiliência
não é um valor único. Para cada ciclo em cada uma das 10 aplicações de carga, o
par de valores de tensão de desvio e tensão confinante é utilizado para obtenção do
módulo de resiliência através da aplicação da equação (9).
Com isto se obtém o valor do módulo de resiliência como uma função da tensão de
desvio, da tensão confinante ou de ambas. Dependendo do tipo de solo (argilosos
ou finos e granulares ou arenosos) se utilizam modelos de desempenho para o
módulo de resiliência.
O modelo que tem sido normalmente empregado para retratar o comportamento de
um solo granular é o seguinte:
MR = K 1.σ3K2
Onde:
MR = Módulo de resiliência
σ3 = Tensão confinante
K1, K2 = constantes ou parâmetros de resiliência determinados em ensaios
triaxiais de carga repetida
O esquema da figura 61 mostra a representação típica da classificação resiliente de
solos granulares segundo o modelo acima descrito.
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Figura 61 – Representação típica do Módulo de Resiliência de um solo granular
O comportamento dos solos finos normalmente é retratado por modelos que
correlacionam o módulo de resiliência com a tensão de desvio (σd) através das
seguintes expressões:
MR = K 2 + K 3 [ K1 - σd ]
MR = K 2 + K 4 [ σd - K1 ]
K1 > σd
K1 < σd
(13)
(14)
Onde:
MR = Módulo de resiliência
σd = Tensão de desvio (σ1 - σ3)
K1, K2, K3, K4 = constantes ou parâmetros de resiliência determinados em
ensaios triaxiais de carga repetida
Uma representação típica do módulo de resiliência para solos finos pode ser vista
na figura 62.
202
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Figura 62 – Representação típica do Módulo de Resiliência de um solo fino
10.8 - Referências Bibliográficas
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