Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Civil Laboratório de Pavimentação
RELATÓRIOS
Maringá - 2010
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO .............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. ............................... ........ 3 2
MATERIAIS E MÉTODOS ....................................... .............................................................. .............................................. ................................ ......... 6 2.1 - Índice de Suporte Califórnia ......................................................... ................................................................................ ...................................... ............... 6 2.2 – Composição da faixa C – DNER.............................................. ..................................................................... .......................................... ................... 9 2.3 – Massa específica ................................................ ....................................................................... .............................................. .......................................... ................... 9 2.4 – Lastro padrão – Determinação da forma do material materi al .............................................. ....................................................... ......... 10 2.5 – Abrasão Los Angeles................................. Angeles........................................................ .............................................. .............................................. ........................... 10 2.6 – Adesividade a ligante betuminoso ............................................ ................................................................... ........................................ ................. 10 2.7 – Ponto de amolecimento amol ecimento (ensaio (en saio anel an el e bola) ........................ ............................................... ............................................ ..................... 10 2.8 – Ensaio de penetração .................................................... ........................................................................... .............................................. ............................. ...... 11 2.9 – Índice de d e susceptibilidade sus ceptibilidade térmica .............................................................. ................................................................................... ..................... 11 2.10 – Determinação Determin ação da estabilidade Marshall .............................................................. ........................................................................... ............. 11 3 CALCULO........................................... .................................................................. .............................................. .............................................. .............................. ....... 13 3.1 – Índice de suporte Califórnia ......................................................... ................................................................................ .................................... ............. 13 3.2 – Composição para a faixa C – DNER............................................ ................................................................... .................................... ............. 15 3.3 – Massa especifica ............................................ ................................................................... .............................................. ............................................ ..................... 18 3.4 – Lastro padrão – Determinação da forma do material materi al .............................................. ....................................................... ......... 20 3.5 – Abrasão Los Angeles................................. Angeles........................................................ .............................................. .............................................. ........................... 22 3.6 – Adesividade a ligante betuminoso ............................................ ................................................................... ........................................ ................. 22 3.7 - Ponto Pont o de amolecimento (ensaio anel e bola) bo la)............................................ ................................................................... ........................... 22 3.8 - Ensaio de penetração .............................. ..................................................... .............................................. .............................................. ............................. ...... 22 3.9 - Índice de susceptibilidade susceptibilida de térmica .................................... ........................................................... .............................................. ........................... 22 3.10 – Determinação Determin ação da estabilidade Marshall .............................................................. ........................................................................... ............. 23 4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÃO............................................. ........................................................ ........... 27 4.1 – Índice de Suporte Califórnia ............................................. .................................................................... .............................................. ........................... 27 4.2 – Composição para a faixa C – DNER............................................ ................................................................... .................................... ............. 27 4.3 – Massa especifica ............................................ ................................................................... .............................................. ............................................ ..................... 27 4.4 – Lastro padrão – Determinação da forma do material materi al .............................................. ....................................................... ......... 27 4.5 – Abrasão Los Angeles................................. Angeles........................................................ .............................................. .............................................. ........................... 27 4.6 – Adesividade a ligante betuminoso ............................................ ................................................................... ........................................ ................. 27 4.7 - Ponto Pont o de amolecimento (ensaio anel e bola) bo la)............................................ ................................................................... ........................... 28 4.8 – Ensaio de penetraçao .................................................... ........................................................................... .............................................. ............................. ...... 28 4.9 - Índice de susceptibilidade susceptibilida de térmica .................................... ........................................................... .............................................. ........................... 28 4.10 – Determinação Determin ação da estabilidade Marshall .............................................................. ........................................................................... ............. 28 REFERÊNCIAS.............................................. ..................................................................... .............................................. .............................................. ............................. ...... 29
INTRODUÇÃO Os revestimentos asfaltico constituem-se de associações de ligantes asfalticos, de agregados e, em alguns casos, de produtos complementares. Essas associações, quando executados e aplicadas apropriadamente, devem originar estruturas duráveis em sua vida de serviço, para tanto deve-se conhecer e selecionar as propriedades que os agregados devem conter. Os agregados não possuem forma ou volume definido, sendo utilizados em combinações com ligante para formar concreto, argamassa, etc. As estruturas de pavimento devem ser projetadas para resistirem a numerosas solicitações de carga, dentro do período de projeto, sem que ocorra danos estruturais, sendo os principais danos a deformação permanente e a fadiga. Para se dimensionar adequadamente uma estrutura do pavimento deve conhecer bem as propriedades dos materiais que o compõem, sua resistência a ruptura, permeabilidade, frente à repetição de carga e ao efeito do clima. Para a caracterização mecânica, no dimensionamento de estruturas de pavimentos, utiliza-se, o Índice de Suporte Califórnia. Este ensaio tem como abreviatura de ISC em português ou CBR em Inglês, utilizado para avaliar o potencial de ruptura do subleito, sendo obtido pelo ensaio penetrométrico em laboratório. A resistência ou capacidade de suporte ISC foi correlacionada empiricamente com o desempenho das estruturas levando a um método de dimensionamento de pavimentos que fixa espessuras mínimas de estruturas dependendo do índice de suporte do subleito, de modo a limitar tensões e protegê-lo da ruptura. Estipula-se que o valor máximo aceitável de expansão do subleito seja de 2%, se houver uma expansão superior a este valor, sugere-se trocar o solo, ou estabilização do mesmo com cimento e cal, ou ainda colocação de uma camada de pedra (acima de 60mm), aumentando assim o valor do suporte. Para materiais de reforço do subleito, estipula-se 1% como valor máximo admissível de expansão axial e 0,5% para bases e sub-bases. Para a utilização dos agregados para a formação do pavimento, deve-se respeitar certa faixa granulométrica, a qual garante maior qualidade ao pavimento. Na determinação da composição da faixa deve-se definir qual a porcentagem de cada material, agregado graúdo, miúdo, pó de pedra, areia, cal hidratada, será utilizada para fazer o pavimento de modo que respeite a faixa granulométrica. Um dos ensaio a serem realizados é o de determinação da massa específica real e aparente, onde realiza-se a determinação da absorção e da densidade aparente. A absorção do agregado é medida pela quantidade de água absorvida quando imerso, indicando assim sua porosidade. Isso
também ocorre em ligantes asfalticos, consumindo parte dos ligantes necessários para dar coesão a uma mistura asfaltica. A determinação da massa específica é a relação entre quantidade de matéria e o volume. Densidade refere-se à massa especifica, e densidade relativa é a relação entre a densidade do material e a densidade da água a 4°C. A massa específica real é a relação entre a massa seca e o volume real, onde o volume real é constituído do volume dos sólidos, desconsiderando o volume dos poros na superfície, ou seja, desconsidera quaisquer volumes de poros ou capilares que são preenchidos pela água após 24horas. Já a massa específica aparente não desconsidera os vazios, determinada pela divisão da massa seca pelo volume aparente do agregado, que inclui o volume de agregado sólido mais o volume dos poros superficiais contendo água. E a massa específica efetiva é determinada quando se trabalha com mistura asfaltica cujo teor de ligante asfaltico seja conhecido, sendo a relação entre a massa seca e o volume efetivo do agregado. Sendo, esta, apenas adequada quando o volume de poros superficiais é baixo, inferior a 2%. A forma do agregado interfere na trabalhabilidade e na resistência ao cisalhamento das misturas asfalticas e também muda a energia de compactação necessária para se alcançar certa densidade. A forma das partículas é caracterizada pela determinação do índice de forma (f). O método de ensaio determina um valor f que varia de 0 a 1- quando f = 1, diz- se que o agregado é de ótima cubicidade, quando f = 0, ele é lamelar (achatado ou alongado). O valor mínimo deve ser 0,5. A forma ideal é a cúbica ou piramidal. A existência de partículas chatas ou alongadas, em grande quantidade é prejudicial e deve ser evitada, pois os tratamentos superficiais em que entram esses tipos de agregados necessitam de pequenas quantidades de betume para segurá-los o que torna o controle difícil. O ensaio da abrasão Los Angeles é importante para determinar a resistência do agregado quanto este é solicitado, seu valor deve ser inferior a 50%, caso contrario o agregado é muito frágil e não é indicado para pavimentação. No ensaio de adesividade dos ligantes asfalticos, o tratamento superficial, embora seja um serviço barato, requer maiores cuidados quanto ao índice de forma, pois é composto quase que só de agregado. Se o agregado for lamelar, a ação do tráfego quebrará a pavimentação: pequenos buracos aparecerão e aumentarão gradativamente, devido à entrada da água. Este ensaio não é representativo para o seixo rolado, que tem f = 1, ou seja, ótima cubicidade. Também pode ser caracterizada a forma das partículas, através da norma da MB - 894, onde são medidas com auxilio de um paquímetro três dimensões das partículas: comprimento (a), largura (b) e espessura (c).
O efeito da água em separar ou descolar a película de ligante asfaltico da superfície do agregado pode torná-lo inaceitável para o uso em misturas asfalticas. Agregados com baixa adesividade em presença de água são chamados de hidrófilo, já os que apresentam alta adesividade são denominados de hidrofóbicos sendo estes aceitáveis para utilização em misturas asfalticas. A adesividade dos agregados pode ser determinada através do método do DNER – ME 078/94, onde a mistura asfaltica não-compactada é imersa em água e as partículas cobertas pelo ligante asfaltico são avaliadas visualmente.
2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 - Índice de Suporte Califórnia
Molde de cilindro de 15,20 cm de diâmetro por 17,80 cm de altura, cilindro complementar
de 5,0 cm de altura e base perfurada de 24,0 cm de diâmetro;
Disco espaçador com 15,0 cm de diâmetro e 6,4 cm de altura;
Soquete cilíndrico, para compactação, de altura de queda de 30,5 cm (por norma 45,70cm de
altura de queda) com 2,5 kg (por norma 4,50kg) de peso e 5,00cm de diâmetro de face inferior;
Prato perfurado, com 14,90 cm de diâmetro e 0,50 cm de espessura, com haste central
ajustável, com a face superior plana para contato com o Extensômetro;
Tripé porta Extensômetro, com dispositivo para fixação do Extensômetro;
Disco anelar para sobrecarga, dividido em duas partes com pesos de 2,27kg, com diâmetro
externo de 14,90cm e interno de 5,40 cm;
Extensômetro graduado em 0,01mm;
Prensa para determinação do Índice de suporte Califórnia composto de:
Quadro formado de base e travessa e 4 tirantes de aço;
Macaco de engrenagem de operação manual, acompanhado de um prato reforçado ajustável ao macaco, com 24 cm de diâmetro, para suporte do molde;
Conjunto dinanométrico com capacidade de 4,0kg, constituído por: anel de aço; Extensômetro graduado em 0,01mm, fixado no centro do anel; pistão de penetração, com 4,96cm de diâmetro e 19 cm de altura; Extensômetro graduado de 0,01mm, com curso maior que 12,70mm, fixo lateralmente ao pistão e seu pino se apóia na base superior do molde;
Extrator de amostra de molde cilíndrico;
Tanque com capacidade de 20 litros;
Papel de filtro circular de 15 cm de diâmetro;
Balança com capacidade de 25kg, sensível a 5g.
AMOSTRAGEM:
A amostra recebida será seca ao ar, destorroada, homogeneizada e reduzida, com o auxilio
do repartidor de amostrar ou por quarteamento, até se obter uma amostra representativa de 6000 g para solos siltosos ou argilosos e 7000 g para os arenosos ou pedregulhosos;
Passa-se esta amostra representativa na peneira de 19 mm; havendo material retido nessa
peneira, procede-se à substituição do mesmo por igual quantidade em peso do material passando na de 19 mm e retido na 4,8 mm;
Repete-se as operações referidas anteriormente tantas vezes quantos corpos-de-prova
tiverem de ser moldados, geralmente cinco. Moldagem do corpo-de-prova 1.
Compacta-se o material em cinco camadas iguais de forma a se ter uma altura total de solo
de cerca de 12,5 cm, após a compactação. Cada camada receberá 12 golpes do soquete (caso de materiais de subleito), 26 ou 56 golpes (caso de materiais de sub-base e base), caindo de 30,5cm, distribuídos uniformemente sobre a superfície da camada; 2.
Remove-se o cilindro complementar, tendo-se antes o cuidado de destacar, com o auxilio de
uma faca, o material a ele aderente. Com uma régua rígida a rasa-se o material na altura exata do molde e determina-se, com aproximação de 5 g, o peso do material úmido compactado; 3.
Retira-se do material excedente da moldagem uma amostra representativa de 100 g para a
determinação da umidade. Pesa-se essa amostra e seca-se em estufa a 105ºC – 110ºC até constância de peso, e fazem-se as pesagens com aproximação de 0,1 g. 4.
Repetem-se as operações dos itens 1, 2 e 3 para teores crescentes de umidade, utilizando
amostras de solo não trabalhadas, tantas vezes quantas necessárias para caracterizar a curva de compactação. Estes corpos-de-prova moldados serão utilizados nos ensaios de expansão e penetração. Expansão Terminadas as moldagens necessárias para caracterizar a curva de compactação, o disco espaçador de cada corpo-de-prova será retirado, os moldes invertidos e fixados nos respectivos pratos-base perfurados. Em cada corpo-de-prova, no espaço deixado pelo disco espaçador será colocada a haste de expansão com os pesos anelares que equivalem ao peso do pavimento. Esta sobrecarga não poderá ser menor do que 4,536 kg. Adapta-se, ainda, na haste de expansão, um Extensômetro fixo ao tripé porta-extensômetro, colocado na borda superior do cilindro, destinado a medir as expansões ocorridas, que deverão ser anotadas de 24 em 24 horas, em porcentagens da altura inicial do corpo-de-prova. Os corpos-deprova deverão permanecer imersos em água durante 4 (quatro) dias.
Terminado o período de embebição, cada molde com o corpo-de-prova será retirado da imersão e deixado escoar a água durante 15 minutos, pesando-se a seguir o conjunto. Findo esse tempo, o corpo-de-prova estará preparado para a penetração. Penetração O ensaio de penetração é realizado em uma prensa. Para esse ensaio deverá ser colocadas no topo de cada corpo-de-prova, dentro do molde cilíndrico as mesmas sobrecargas utilizadas no ensaio de expansão. Leva-se esse conjunto ao prato da prensa e faz-se o assentamento do pistão de penetração no solo através da aplicação de uma carga de aproximadamente 4,5 kg controlada pelo deslocamento do ponteiro do Extensômetro do anel dinanométrico; zeram-se, a seguir, o Extensômetro do anel dinanométrico e o que mede a penetração do pistão no solo. Aciona-se a manivela da prensa (dispositivo micrométrico) com a velocidade de 1,27 mm/min (0,05pol/min). Cada leitura considerada no Extensômetro do anel é função de uma penetração do pistão no solo e de um tempo especificado para o ensaio conforme Tabela 1.
Fonte: DNER-ME 049/94 As leituras efetuadas no relógio comparador do anel medem encurtamentos diametrais provenientes da atuação das cargas. No gráfico de aferição do anel tem-se a correspondência entre as leituras lidas no relógio comparador do anel e as cargas atuantes.
2.2 – Composição da faixa C – DNER Para o ensaio da composição da faixa C, deve-se inicialmente separar os materiais que serão utilizados para a formação do pavimento. Neste caso foram utilizados brita graduada de 5/8”, brita graduada de 3/4", pó de pedra mais pedrisco, areia e cal hidratada. Cada material foi passado pelas peneiras de 3/4”, 1/2”, 3/8”, nº04, nº10, nº40, nº80 e nº200, e anotou-se a porcentagem de material passante, então após isso definiu-se a porcentagem de cada material a ser utilizado de modo que a curva granulométrica fique dentro da faixa limite.
2.3 – Massa específica Balança de resolução de 1g, com dispositivo, mantendo o recipiente que contém o agregado,
suspenso na água pelo centro da balança;
Um cesto de balança de abertura de malha 3mm ou menor;
Tanque impermeável, mantendo o recipiente totalmente submerso em água;
Estufa a temperatura entre 105°C e 110°C;
Repartidor de amostra 3 cm;
Peneira de 2,0 mm e 4,75 mm de abertura; Lavar a amostra sobre a peneira 4,8 mm e secar em estufa a até constância de massa, resfriar
ao ar, (por norma entre 1h e 3h para amostras de dimensões até 38 mm ou períodos maiores para dimensões maior), de modo que o agregado atinja uma temperatura que permita a manipulação. Em seguida, imergir o agregado em água, à temperatura ambiente anotando, t, (por norma por um período de 24±4h), expulsando as bolhas de ar do material. Remove-se a amostra da água espalha-se sobre um pano absorvente ate que a película visível de água seja eliminada. Pesar a amostra na condição satura e seca e anotar o valor obtido (Mh). Zerar a balança com o recipiente para amostra vazia. Colocar a amostra no cesto e imergí-lo em água potável a temperatura ambiente. Acoplara a haste do recipiente no prato da balança, colocar em nível acima do tranque, e anotar a leitura obtida. Levar a amostra para estufa até constância de massa. Retirar da estufa e resfriá-la a temperatura ambiente, até que atinja temperatura conveniente para manipulação e anotar a massa do agregado seco.
2.4 – Lastro padrão – Determinação da forma do material Amostras de agregado graúdo; Paquímetro para medir a dimensão maior, intermediaria e menor dos agregados, dimensões a, b e c respectivamente e conforme figura 01 abaixo. O ensaio foi executado de acordo com a norma NBR 6954/1989 – Determinação do índice de forma pelo método do paquímetro.
Figura 01- Indicação das dimensões dos agregados 2.5 – Abrasão Los Angeles O ensaio de abrasão Los Angeles utiliza-se uma massa de 5000 gramas do agregado
ensaiado, possuindo uma carga abrasiva de 11 esferas, totalizando uma carga de 4584 5 gramas, submetidas a 500 rotações sendo que são 33 rotações/minuto.
2.6 – Adesividade a ligante betuminoso A aparelhagem utilizada e a execução do ensaio foram de acordo com o descrito nos itens 4 e 6 respectivamente da norma técnica DNER-ME078-94 – Agregado graúdo – adesividade a ligante betuminoso. A argila expandida e o seixo rolado têm procedência do deposito João de Barro, e a brita 3/8 da pedreira Marialva. O material foi levado para a estufa na temperatura indicada em norma. Foi verificada a situação dos materiais quanto a adesividade, após 48 horas em estufa a 115°C.
2.7 – Ponto de amolecimento (ensaio anel e bola) Para o ensaio utilizou-se um anel contendo uma amostra de asfalto, com uma esfera de aço apoiada sobre a amostra a qual foi submetida a um banho-maria, com taxa de aumento de temperatura do líquido de 5°C/min. O asfalto ao atingir uma determinada temperatura flui com o peso da esfera de aço e desloca 1” até tocar o fundo do recipiente. Nesse instante anota-se a temperatura, que é chamado de ponto de amolecimento.
2.8 – Ensaio de penetração Consiste em colocar a amostra de asfalto em um recipiente a uma temperatura de 25°C e com o uso de uma agulha padrão, carga de 100g e durante 5 segundos faz-se a agulha penetrar na amostra e após 5 segundos mede-se a penetração em décimos de milímetro e anota-se o valor.
2.9 – Índice de susceptibilidade térmica Não caracteriza um ensaio propriamente dito pois é, na verdade, o resultante da relação definida entre o ponto de amolecimento e a penetração, variando de -1,5 a 0,7.
2.10 – Determinação da estabilidade Marshall 1. Determinação das massas específicas reais do cimento asfáltico de petróleo (CAP) e dos agregados. 2. Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada de acordo com a mistura asfáltica. 3. Escolha da composição dos agregados, de forma a enquadrar a sua mistura nos limites da faixa granulométrica escolhida. Ou seja, é escolhido o percentual em massa de cada agregado para formar a mistura. Note-se que neste momento não se considera ainda o teor de asfalto, portanto, ∑%n = 100% (onde “n ” varia de 1 ao número de diferentes agregados na mistura). A porcentagem-alvo na faixa de projeto corresponde à composição de agregados escolhida, podendo em campo variar entre um mínimo e um máximo em cada peneira de acordo com a especificação. 4. Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, a partir da curva viscosidadetemperatura do ligante escolhido. A temperatura do ligante na hora de ser misturado ao agregado deve ser tal que a sua viscosidade esteja situada entre 75 e 150SSF (segundos Saybolt-Furol), de preferência entre 75 e 95SSF ou 0,17±0,02Pa.s se medida com o viscosímetro rotacional. A temperatura do ligante não deve ser inferior a 107ºC nem superior a 177ºC. A temperatura dos agregados deve ser de 10 a 15ºC acima da temperatura definida para o ligante, sem ultrapassar 177ºC. A temperatura de compactação deve ser tal que o ligante apresente viscosidades na faixa de 125 a 155SSF ou 0,28±0,03Pa.s. 5. Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs a serem moldados. Cada grupo deve ter no mínimo 3 CPs. Conforme a experiência do projetista, para a granulometria selecionada, é sugerido um teor de asfalto (T, em %) para o primeiro grupo de CPs. Os outros grupos terão teores de asfalto acima (T+0,5% e T+1,0%) e abaixo (T-0,5% e T1,0%). Os CPs são moldados da seguinte forma: adiciona-se o asfalto ao agregado, faz-se a homogeneização do material e em seguida lança-se esse material no molde, faz-se a compactação do material, extrai-se do molde e mede-se as dimensões do corpo de prova. 6. Após o resfriamento e a desmoldagem dos corpos-de-prova, obtêm-se as dimensões do mesmo (diâmetro e altura). Determinam-se para cada corpo-de-prova suas massas seca (M S) e submersa em água ( M Ssub). Com estes valores é possível obter a massa específica aparente dos corpos-de-prova (Gmb), que, por comparação com a massa específica máxima teórica ( DMT ), vai permitir obter as relações volumétricas típicas da dosagem. 7. A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão (%a ), ajusta-se o percentual em massa de cada agregado, ou seja, %n = %n * × (100% – %a ), onde %n é o percentual em
massa do agregado “n ” na mistura asfáltica já contendo o asfalto. Note-se que enquanto ∑ %n * = 100%, após o ajuste, ∑ %n = 100% – %a. 8. Com base em %n , %a , e nas massas específicas reais dos constituintes (Gi), calcula-se a DMT correspondente ao teor de asfalto considerado (%a ); 9. Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada CP; 10. Após as medidas volumétricas, os corpos-de-prova são submersos em banho-maria a 60°C por 30 a 40 minutos. Retira-se cada corpo-de-prova colocando-o imediatamente dentro do molde de compressão. Determinam-se, então, por meio da prensa Marshall, os seguintes parâmetros mecânicos: estabilidade (N) : carga máxima a qual o corpo-de-prova resiste antes da ruptura, definida como um deslocamento ou quebra de agregado de modo a causar diminuição na carga necessária para manter o prato da prensa se deslocando a uma taxa constante (0,8mm/segundo); fluência (mm): deslocamento na vertical apresentado pelo corpo-de-prova correspondente à aplicação da carga máxima. l
3 CALCULO 3.1 – Índice de suporte Califórnia Curva característica do anel – P = 2,1918 . Leitura + 11,565 Umidade do solo: 5% Massa especifica: 1,755g/cm3 Altura do corpo de prova: 11,4cm Diâmetro do pistão: 4,96cm Diâmetro do corpo de prova: 15,20cm Equações para os cálculos: Expansão: E(%) = [(hf – hi)/hi].100 Peso especifico aparente: γ = Pcp/Vol. (Pcp – peso do corpo de prova) Peso especifico aparente seco: γd = γ /(1 + h) ISC (%) = (Pressão encontrada / pressão padrão) x 100
Tabela 2: Dados da expansão Data 4/8/2010 4/8/2010
Expansão (%) Hora 09:00 09:00
Tabela 3: Dados da penetração Leituras no Tempo em Penetração extensômetro Minutos mm mm 0,5 0,63 1 1,27 1,5 1,9 2 2,54 2,5 3,17 3 3,81 3,5 4,44 4 5,08 5 6,35 6 7,62 7 8,89 8 10,16 9 11,43 10 12,7
Leitura 1,00 1,29
Pressão Calculada Corrigida 2 kg/cm kg/cm2
ISC %
A partir dos dados obtidos chegamos aos seguintes resultados: E(%) = [(hf – hi)/hi].100 E(%) = [(1,29 – 1,00)/1,00].100
E(%) = 29% γ = Pcp/Vol.
1,755 = Pcp/(((π . 15,202)/4) . 11,4)
Pcp = 3630,44 gramas
γd = γ /(1 + h) γd = 1,755/(1 + 0,05) γ
d = 1,671 g/cm3
Tabela 4: Calculo do Índice de Suporte Califórnia Pressão Leituras no Tempo em Penetração extensômetro Calculada Corrigida Minutos 2 mm mm kg/cm kg/cm2 0,5 0,63 13 2,07 2 1 1,27 15 2,30 2 1,5 1,9 17 2,53 3 2 2,54 19 2,75 3 2,5 3,17 20 2,87 3 3 3,81 21 2,98 3 3,5 4,44 22 3,09 3 4 5,08 24 3,32 3 5 6,35 26 3,55 4 6 7,62 28 3,78 4 7 8,89 30 4,00 4 8 10,16 32 4,23 4 9 11,43 34 4,46 4 10 12,7 36 4,68 5 ISC (%)2,5 = (Pressão encontrada / pressão padrão) . 100 ISC (%)2,5 = (2,87 / 70) . 100
ISC (%)2,5 = 4,10%
ISC %
4,10
3,38
ISC (%)5,0 = (Pressão encontrada / pressão padrão) . 100 ISC (%)5,0 = (3,55 / 105) . 100
ISC (%)5,0 = 3,38%
Logo, ISC = 4,10%
ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA 50 45 40 2 35 m / g 30 K o 25 ã s 20 s e r P 15 10 5 0 0
2
4
6
8
10
12
Penetração (mm)
3.2 – Composição para a faixa C – DNER Tabela 5: Brita graduada 5/8" Peneiras Pol. mm 3/4" 19,1 1/2" 12,7 3/8" 9,5 Nº 04 4,8 Nº 10 2 Nº 40 0,42 Nº 80 0,18 Nº 200 0,075 Fundo
Material 1: Brita graduada 5/8" Massa total da amostra: 999g M. Ret. (g) % retida % passante 0 0,00 100 577,65 57,82 42 390,27 39,07 3 30,2 3,02 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0 0 0,00 0
14
Tabela 6: Brita graduada 3/4" Peneiras Pol. mm 3/4" 19,1 1/2" 12,7 3/8" 9,5 Nº 04 4,8 Nº 10 2 Nº 40 0,42 Nº 80 0,18 Nº 200 0,075 Fundo
Material 2: Brita graduada 3/4" Massa total da amostra: 994,9g M. Ret. (g) % retida % passante 0 0,00 100 0 0,00 100 35,6 3,58 96 862,8 86,72 10 70,2 7,06 3 1,2 0,12 3 1,45 0,15 2 4,2 0,42 2 19,2 1,93 0
Tabela 7: Pó de pedra pedrisco Peneiras Pol. mm 3/4" 19,1 1/2" 12,7 3/8" 9,5 Nº 04 4,8 Nº 10 2 Nº 40 0,42 Nº 80 0,18 Nº 200 0,075 Fundo
Material 3: Pó de pedra pedrisco Massa total da amostra: 986,13g M. Ret. (g) % retida % passante 0 0,00 100 0 0,00 100 0 0,00 100 148,2 15,03 85 435,85 44,20 41 190,85 19,35 21 58,6 5,94 15 68,4 6,94 9 83,5 8,47 0
Tabela 8: Areia Peneiras Pol. mm 3/4" 19,1 1/2" 12,7 3/8" 9,5 Nº 04 4,8 Nº 10 2 Nº 40 0,42 Nº 80 0,18 Nº 200 0,075 Fundo
Material 4: Areia Massa total da amostra: 948,6g M. Ret. (g) % retida % passante 0 0,00 100 0 0,00 100 0 0,00 100 0 0,00 100 2,3 0,24 100 681,4 71,83 28 255,85 26,97 1 8,7 0,92 0 0 0,00 0
Admitindo para a composição da amostra uma quantidade de 5kg, e tomando as seguintes porcentagens de cada material: Brita graduada 5/8” – 21,5% Brita graduada 3/4” – 26% Pó de pedra e pedrisco – 36% Areia – 15% Cal hidratada – 1,5% Determinamos a composição do material, que deve estar contido dentro da Faixa C, como mostra a tabela abaixo:
Tabela 9: Composição da Mistura Composição
Peneiras Pol. 3/4" 1/2" 3/8" Nº 04 Nº 10 Nº 40 Nº 80 Nº 200
Faixa C
Material
mm 19,1 12,7 9,5 4,8 2 0,42 0,18 0,075
Superior 100 80 70 44 22 8 4 2
100 88 78 50 32 14 8 5
Inferior 100 100 90 72 50 26 16 10
Gráfico 1: Composição da Mistura 100,00
80,00
60,00
40,00
20,00
0,00 0,01
0,1
1
10
100
Curva Granulométrica da Mistura Limite Inferior Limite Superior
3.3 – Massa especifica Tabela 10: Valores de laboratório 133
N° da cápsula Massa da cápsula (g)
55,47
Massa do material úmido (g)
647,88
Massa do material imerso em água (g)
391,74
Massa do material seco (g)
647,88
Para o ensaio foi suposto uma temperatura de 22,5°C, obtendo ρw = 0,99815 g/cm3
Densidade real
= − = 592,4592,41 1 − 391,74 = 2,952 Onde: Ms = massa do material seca Mi = massa do material imerso em água Dr = densidade real
Densidade aparente
= ℎℎ− = 604,6604,65 5 − 391,74 = 2,840 Onde: Mh = massa do material na condição saturada superfície seca Da = densidade aparente
Densidade efetiva Média aritmética entre a Da e Dr resulta em De (densidade efetiva)
= 2,952 +2 2,840 = 2,896
Massa específica real (g/m3)
= × = 2,952 × 0,99815 = 2,947/ Onde: ρs = massa específica real ρw = massa específica da água
Massa específica aparente (g/m3)
= × = 2,840 × 0,99815 = 2,835/ Onde: ρa = massa específica aparente
Massa específica efetiva (g/m3)
= × = 2,896 × 0,99815 = 2,891/ Onde: ρe = massa específica efetiva
Absorção
= ℎ− 100 5 − 592,41 = 2,07% = 604,6592,41 Onde: a = absorção (%)
Tabela 11: Resumo dos cálculos 2,952 2,840 2,896 2,947 2,835 2,891 2,070
Densidade real Densidade aparente Densidade efetiva Massa especifica real (g/cm³) Massa especifica aparente (g/cm³) Massa especifica efetiva (g/cm³) Absorção (%)
Massa especifica do agregado miúdo
= −200 / = 380500 = 2,78 − 200 3.4 – Lastro padrão – Determinação da forma do material As tabelas abaixo ilustram a classificação do agregado quanto à forma:
Tabela 11: Classificação dos agregados graúdos c/b > 0,5 b/a > 0,5 c/b < 0,5 c/b > 0,5 b/a < 0,5 c/b < 0,5
Cúbica Lamelar Alongada Alongada - Lamelar
Tabela 12: Classificação dos agregados graúdos Fragmentos a (mm) b (mm) c (mm) 1 17,70 11,60 11,00 2 25,80 17,70 7,70 3 16,80 16,60 16,10 4 25,50 15,70 6,20 5 38,50 10,20 5,55 6 28,50 17,80 6,10 7 22,10 12,00 11,10 8 16,60 7,10 3,40 9 37,80 14,40 8,00 10 16,70 12,30 9,20 11 22,60 17,50 9,60 12 24,50 17,60 9,70 13 21,00 12,50 7,70 14 12,70 15,40 7,90 15 37,20 14,40 8,30 16 15,50 15,00 9,70 17 23,30 15,10 13,20 18 21,90 15,10 11,70 19 33,30 16,90 8,35 20 19,20 14,00 11,30 21 20,30 18,70 12,00 22 21,10 13,30 6,40 23 24,10 22,40 14,20 24 21,40 16,70 8,80 25 30,70 11,60 6,90
b/a 0,66 0,69 0,99 0,62 0,26 0,62 0,54 0,43 0,38 0,74 0,77 0,72 0,60 1,21 0,39 0,97 0,65 0,69 0,51 0,73 0,92 0,63 0,93 0,78 0,38
Tabela 13: Quantidade de partículas por classificação Classificação Cúbica Lamelar Alongada Alongada - Lamelar
c/b 0,95 0,44 0,97 0,39 0,54 0,34 0,93 0,48 0,56 0,75 0,55 0,55 0,62 0,51 0,58 0,65 0,87 0,77 0,49 0,81 0,64 0,48 0,63 0,53 0,59
Classificação Cúbica Lamelar Cúbica Lamelar Alongada Lamelar Cúbica Alongada - Lamelar Alongada Cúbica Cúbica Cúbica Cúbica Cúbica Alongada Cúbica Cúbica Cúbica Lamelar Cúbica Cúbica Lamelar Cúbica Cúbica Alongada
Quantidade de partículas 15 5 4 1
De acordo com a tabela 13, o material ensaiado apresenta um maior número de partículas classificadas como cúbicas (60%), sendo muito pequena em relação a este as partículas lamelares (20%), alongadas (16%) e alongadas – lamelares (4%).
3.5 – Abrasão Los Angeles
− = ×100
− 2109 × 100 = 50005000 = ,% Onde: AN – Abrasão Los Angels MN – Massa do material inicial
– Massa do material retido na peneira 1,70 mm, lavado e seca em estufa a 110°C. ′
3.6 – Adesividade a ligante betuminoso Após o agregado ser envolvido pelo ligante, ele foi colocado em uma estufa a 40ºC, durante 72 horas, em seguida foi retirado e analisado sua consistência. Como neste ensaio houve descolamento das partículas ele deve ser considerado não satisfatório.
3.7 - Ponto de amolecimento (ensaio anel e bola) Ao atingir a temperatura de 74°C a amostra tocou o fundo do recipiente sendo esta, portanto, a temperatura do ponto de amolecimento.
3.8 - Ensaio de penetração Após a execução do ensaio 3 vezes, obteve-se os seguintes valores: P1=31x10-1 mm P2=31x10-1 mm P3=39x10-1 mm Pméd=33x10-1 mm
3.9 - Índice de susceptibilidade térmica
×log + 20 × −1951 = 500120 − 50 × + + 20 × 74 −1951 500 ×log33 × 10 = 120 − 50 ×33 × 10 + 74
= 2,3
3.10 – Determinação da estabilidade Marshall Quantidade de agregado para cada corpo de prova Agregados Brita 5/8"
1,32
Brita 3/8"
1,09
Pedrisco+pó
1,83
Areia
0,76
Σ
5
Cal Hidratada
0,075
Total
5,075
Massa total desejada
5 kg
Frações Passando
Retido
% da fração na composição da mistura
Massa p/ 1150 g
Acumulado (g)
3/4"
1/2"
12,43
142,97
142,97
1/2"
3/8"
9,33
107,29
250,26
3/8"
nº 4
28,61
328,99
579,25
nº 4
nº 10
17,78
204,50
783,74
nº 10
nº 40
17,77
204,39
988,14
nº 40
nº 80
6,22
71,56
1.059,70
nº 80
nº 200
2,74
31,56
1.091,26
5,11
58,74
1.150,00
nº 200
100,00
Calculo de quantidade de CAP p/ moldagem dos corpos de prova Teor de asfalto, % Qtde CAP, g
4,2 50,42
Tabela 14: Dados obtidos de cada turma T-5,7 CP1 %b
CP2 4,20
4,20
Mar
1178,00
1184,70
Mim
713,02
711,35
61,10
60,10
385,00
312,00
Fluência
6,00
5,50
f
1,09
1,12
Carga
574,32
454,29
E
626,95
509,52
h Deform
T-4,6 CP1 %b
CP2 4,70
5,50
Mar
1188,90
1186,80
Mim
721,80
723,61
60,30
60,20
2110,00
1845,00
Fluência
8,00
7,50
f
1,12
1,12
Carga
3410,72
2974,98
E
3804,64
3327,62
h Deform
T-1,3 CP1 %b
CP2 5,20
5,20
Mar
1180,10
1174,70
Mim
721,22
717,13
59,10
58,80
345,00
417,00
Fluência
8,00
6,50
f
1,15
1,16
Carga
508,55
626,94
E
586,29
728,84
h Deform
T-2,4 CP1 %b
CP2 5,70
5,70
Mar
1218,30
1257,70
Mim
755,22
775,20
58,30
60,80
765,00
865,00
Fluência
8,00
7,50
f
1,18
1,10
Carga
1199,15
1363,58
E
1413,72
1500,60
h Deform
Tabela 15: Dosagem Marshall CP
%b
Mar
Mim
Vcp
d
D
Vv
Vb
VAM
RBV
E
f
T-5,7
4,20
1178,00
713,02
464,98
2,53
2,71
6,45
10,43
16,88
61,79
626,95
6,00
T-5,7
4,20
1184,70
711,35
473,35
2,50
2,71
7,58
10,31
17,89
57,61
509,52
5,50
T-4,6
4,70
1188,90
721,80
467,10
2,55
2,68
5,20
11,73
16,93
69,28
3804,64
8,00
T-4,6
5,50
1186,80
723,61
463,19
2,56
2,65
3,26
13,82
17,08
80,90
3327,62
7,50
T1,3
5,20
1180,10
721,22
458,88
2,57
2,66
3,40
13,11
16,51
79,42
586,29
8,00
T1,3
5,20
1174,70
717,13
457,57
2,57
2,66
3,56
13,09
16,65
78,60
728,84
6,50
T-2,4
5,70
1218,30
755,22
463,08
2,63
2,64
0,34
14,70
15,04
97,77
1413,72
7,00
T-2,4
5,70
1252,70
775,20
477,50
2,62
2,64
0,62
14,66
15,28
95,97
1500,60
7,00
Gráfico 2: Relação entre %b x Vv e %b x RBV 120,00 100,00 y = 22,666x - 36,799 80,00 60,00 40,00 20,00 y = -3,9913x + 23,958
0,00 4,00
4,50
5,00
5,50
6,00
A norma diz que Vv deve estar entre 3-5 e RVB entre 75-82. Portanto do gráfico temos:
%% = 5,3 % %% = 4,7% % = 4,9% % = 5,4% O teor ótimo de asfalto será a média dos valores internos, portanto:
%ó = 4,9+5,3 2 = 5,1%
4 ANÁLISE DOS RESULTADOS E CONCLUSÃO 4.1 – Índice de Suporte Califórnia Ocorreu expansão registrada para este solo ensaiado. No gráfico de CBR notou-se, que o valor obtido houve um ligeiro erro, talvez de leitura, ou pelo manejo incorreto do ensaio, dentre outro fatores. O Índice de Suporte Califórnia, o maior valor obtido entre os correspondentes de 2,54mm e 5,08mm, ISC ou CBR igual a 4,10%.
4.2 – Composição para a faixa C – DNER A partir da peneira Nº 04, de 4,8mm podemos classificar os materiais como acima dessa peneira de graúdos e abaixo dela de miúdo, logo como pode-se observar, teremos 50% de material graúdo e 50% de material miúdo constituindo a composição.
4.3 – Massa especifica Como observado nos resultados de absorção da água, podemos ver que a absorção do agregado graúdo foi de 2,07%, como este valor está próximo a 2% esta amostra apresentará uma baixa absorção dos ligantes asfalticos, podendo apresentar maior coesão entre os ligantes.
4.4 – Lastro padrão – Determinação da forma do material Devido a maior porcentagem do agregado ser da forma cúbica, este apresentara boa aplicação em pavimentos asfalticos, por suas características quanto a trabalhabilidade resistência ao cisalhamento das misturas asfalticas, energia de compactação necessária para se alcançar certa densidade e atrito interno.
4.5 – Abrasão Los Angeles O valor da abrasão Los Angeles para a amostra ensaiada foi de 57,82%, ou seja, o material apresenta um grande desgaste (>40%) não sendo portanto indicado para a utilização em pavimentos.
4.6 – Adesividade a ligante betuminoso Quando o agregado não apresenta boa adesividade é necessário o uso de aditivos para diminuir a tensão superficial, conforme a analise visual do comportamento dos agregados, recomenda-se o uso de aditivo na brita graduada, por esta ter apresentado baixa adesividade ao ligante betuminoso.
4.7 - Ponto de amolecimento (ensaio anel e bola) Como o valor médio encontrado situa-se na faixa de 30 e 45x10-1mm, o CAP ensaiado é considerado um CAP duro.
4.8 – Ensaio de penetraçao Como o valor médio encontrado situa-se na faixa de 30 e 45x10-1mm, o CAP ensaiado é considerado um CAP duro.
4.9 - Índice de susceptibilidade térmica Como o índice ficou acima de 0,7 (2,3), significa que se trata de um material oxidado. Sua suscetibilidade térmica é baixa, mas o asfalto está duro e quebradiço.
4.10 – Determinação da estabilidade Marshall Determinou-se portanto, que para o material utilizado, o teor ótimo de asfalto a ser adicionado a mistura é de 5,1%.
REFERÊNCIAS BERNUCCI, Liedi Bariani. MOTTA, Laura maria Goretti. Ceratti, Jorge Augusto Pereita. SOARES, Jorge Barbosa. PAVIMENTAÇÃO ASFÁLTICA: Formação básica para Engenheiros. Rio de Janeiro. PETROBRÁS. ABEDA. 2008. DNER-081/98. AGREGADOS-DETERMONAÇÃO DA ABSORÇÃO E DA DENSIDADE DE AGREGADO GRAÚDO. Rio de janeiro. Pág. 1-6. DNER-049/94. SOLOS- DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE SUPORTE CALIFÓRNIA AMOSTRA NÃO TRABALHADA. Rio de janeiro. Pág. 1-14.
