aula_2___estudo_de_dosagem_de_misturas_asfalticas_pela_metodologia_marshall

Prévia do material em texto

Rodovias III
Prof. Dr. Francisco Dalla Rosa
 Constitui-se no processo da formulação, na qual se buscada 
uma composição granulométrica de agregados com 
naturezas específicas além da adição de CAP, tal que após a 
mistura dos elementos sob uma temperatura adequada e 
compactados ofereçam condições mecânicas adequadas a 
suportar as cargas que solicitam um determinado pavimento.
 Obter uma mistura adequadamente trabalhável;
 Obter uma mistura estável sob ação de cargas estáticas e 
móveis;
 Obter uma mistura durável, com teor de asfalto adequado;
 Restaurar em baixa deformação permanente (trabalhar matriz 
pétrea e controlar o teor de asfalto);
 Resultar em uma mistura pouco suscetível à fissuração por 
fadiga;
 Possuir vazios (com ar) suficientes mas não excessivos.
 Dependem:
▪ Do tipo de mistura;
▪ Da tradição local;
▪ Da disponibilidade de equipamentos;
▪ Considerar se possuem ou não tecnologia adequada.
Tipo de patologias a serem combatidas 
em pista
Tipo de dosagem apropriada
Exsudação, escorregamento lateral Estabilidade, fluência
Deformação plástica em trilha de roda Deformação plástica, estática ou
dinâmica
Fissuração por fadiga Ensaio dinâmico de fadiga
Reflexão de fissuras Ensaios combinados de fratura e fadiga
Vv
VAM
VCB
RBV=VCB/VAM
Procedimentos de dosagem Marshall e Superpave
baseiam-se na Massa Total da Mistura
( )
mis
asf
M
M
T
asf
=%
agasfmis MMM +=
( ) asf
mis
ag
ag T
M
M
T −== 1%
arefagasf
agasf
VVV
PP
Gmb
++
+
=
−
Massa Específica Aparente da Mistura - COMPACTADA
Massa Específica Máxima (Teórica) da Mistura - SOLTA
efagasf
agasf
VV
PP
Gmm
−+
+
=
Mas não se determinam Volumes em laboratório, e sim Pesos.
submisarmis
armis
MM
M
Gmb
→→
→
−
=
Massa Específica Aparente da Mistura 
- COMPACTADA
submisSSSmis
armis
MM
M
Gmb
→→
→
−
=
armisM →
submisM →
SSSmisM →
Ps
Balança
Balança
Psub
ASTM D 1188
▪ Amostras com vazios abertos e interconectados que absorvem mais que 2% de água por 
volume;
▪ Empregam-se corpos de prova recobertos com parafina ou parafilme.
ASTM D 2726/00
▪ Para misturas compactadas que absorvem pouca água quando submersas;
▪ Não pode ser usado para amostras com vazios abertos e interconectados que absorvem mais que 
2% de água por volume;
▪ Gmb = A / (B - C) onde: 
✓ A é o peso do CP mistura seca no ar;
✓ B é o peso do CP na condição Saturada-Superfície Seca no ar;
✓ C é o peso do CP na água.
efag
ag
asf
asfefagasf
agasf
G
M
G
MVV
MM
Gmm
−
− +
=
+
+
=
100
Massa Específica Máxima 
(Teórica ou Medida) da Mistura
Calculada
(Teórica)
Combinados
No Brasil é comum se usar as massas específicas reais dos agregados
AGREGADO GRAÚDO
DNER-ME 081/98 e 
ASTM C 127-88
AGREGADO MIÚDO
DNER-ME 084/95 
(Picnômetro de 500 ml) 
Volumetria
DMT = 100 =
6,0 + 60 + 30 + 4,0
1,03 2,72 2,68 2,80
DMT = 2,47
▪ %Asf, %Ag, %Am, %f - percentagem 
de asfalto, agregados graúdo, miúdo e 
filer na mistura 
▪ Gasf, Gag, Gam, Gf - densidades reais
DMT = 100 .
%Asf + %Ag + %Am + %f
Gasf Gag Gam Gf
Densidade da mistura sem vazios: numericamente igual à massa total 
dividida pela soma dos volumes ocupados pelos materiais.
Exemplo: Calcular a DMT de uma mistura
%Asf = 6,0% Gasf = 1,03
%Ag = 60% Gag = 2,72
%Am = 30% Gam = 2,68
%f = 4,0% Gf = 2,80
Massa Específica Máxima 
(Teórica) da Mistura
Massa Específica
Máxima (Medida) da 
Mistura
Determinada em laboratório
ASTM D2041
(Vácuo)
Querosene
(Castro Neto, 1996)
Volumetria
Método RICE (MISTURAS NÃO COMPACTADAS)
▪ Definido como a razão entre o peso de agregados e o peso de ligante pelo volume de agregados, volume dos poros 
impermeáveis, volume dos poros permeáveis não preenchidos com asfalto e volume de asfalto;
▪ Essencial para o cálculo de ligante absorvido e do teor de vazios em misturas compactadas.
Gmm = A / (A + B – C) Onde: 
A - peso da mistura seca no ar
B - peso do frasco + água
C - peso do frasco + água + mistura
VOLUME DO AGREGADO
VAZIOS IMPERMEÁVEIS
VOLUME DE VAZIOS NÃO
PREENCHIDOS COM ASFALTO
VOLUME DE VAZIOS
PREENCHIDOS COM ASFALTO
Massa Específica Máxima Medida
Massa Específica Máxima Medida
Massa Específica Máxima Medida
X
Ligante asfálticoAgregadoVolume de agregado
Volume de vazios 
preenchidos com 
asfalto
Volume de vazios 
não preenchidos com 
asfalto
Vazios 
impermeáveis
2,34
2,36
2,38
2,40
2,42
2,44
2,46
2,48
4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de CAP(%)
D
M
T
Vácuo
Querosene
Fórmula
M.Específica Máxima Teórica ou 
M.Específica Máxima Medida
Ag. Miúdo
Ag. Graúdo Ag. Graúdo Ag. Miúdo (Frasco Chapman) Ag. Miúdo Solos Fíler
ME 081/98 ASTM C 127 ME 084/95 ME 194/98 ASTM C 128 ME 093/94 ME 085/94
4,8mm
(A)
2,0mm
0,075mm
(A)
(B) (C ) (D)
(E)
4,8mm
2,0mm
0,075mm
(H)
DENTRO DAS ESPECIFICAÇÕERS
FOR A DAS ESPECIFICAÇÕES
(G) (G)
(F)
(I) (J)
Massa Específica dos Agregados
Dentro das especificações
Agregrado Graúdo (A / G)
DNER-ME 081/98 e ASTM C 127-88
A – massa da amostra seca no ar (g);
B – massa da amostra com SSS no ar (g);
C – massa da amostra saturada água (g).
CB
A
Da
−
=
Aparente
CA
A
Dr
−
=
Real
)()(
25
BCAD
AB
D
−−−
−
=
A – massa do picnômetro vazio e seco (g);
B – massa do picnômetro mais amostra (g);
C – massa do picnômetro mais amostra mais água (g);
D – massa do picnômetro completo com água (g).
Agregado Miúdo (B / H)
DNER-ME 084/95 (Picnômetro de 500 ml) 
X
AGREGADO MIÚDO 
(B / H)
DNER-ME 084/95 
(Picnômetro de 500 ml) 
AGREGADO MIÚDO 
(C / I)
DNER-ME 194/98 
(Frasco Chapman) 
200
500
−
=
L

Agregado Miúdo
A – massa do picnômetro vazio e seco (g);
B – massa do picnômetro mais amostra (g);
C – massa do picnômetro mais amostra mais água (g);
D – massa do picnômetro completo com água (g).
Solos (E)
DNER-ME 093/94 (Picnômetro 50 ml) 
)()( BCAD
AB
Dt
−−−
−
=
deslocado líquido do volume
material do massa
=
Agregado de Enchimento - Fíler (F)
DNER-ME 085/94 e ASTM C 188 (Le Chatelier) 
Alterações Ensaios B e H 
(DNER- ME 084/95)
?
Ensaio 
Picnômetro com 
tampa 
Picnômetro gargalo 
comprido 
Picnômetro gargalo comprido c/ 
aplicação de -88kPa de pressão 
B 2,41 2,55 2,61 
H 2,51 2,48 2,63 
 
▪ Desenvolvido por Bruce Marshall para o 
Mississippi Highway Department na década de 
1930.
▪ US Army Corps of Engineers (USACE) começou a 
estudar em 1943 para 2ª Guerra Mundial 
(aeroportos).
✓ Soquete de 10 lb, 50 golpes/face, queda 18”;
✓ Vv = 4% após o tráfego.
▪ Critérios iniciais estabelecidos e modificados 
para cargas crescentes.
▪ Em função da curva viscosidade – temperatura do ligante asfáltico a ser usado na mistura.
▪ Temperatura de Mistura:
✓ ligante: correspondente à viscosidade 85±10 SSF ou 0,17±0,02 Pa.s;
✓ agregado: de 10 a 15ºC acima da temperatura do ligante.
▪ Temperatura de Compactação: correspondente à viscosidade 140±15 SSF ou 
0,28±0,03Pa.s.
Exemplo de temperaturas (ºC) de trabalho determinadas para 3 
ligantes, de acordo com as viscosidades Saybolt-Furol.
RELAÇÃO VISCOSIDADE X TEMPERATURA
V
is
c
o
s
id
a
d
e
 (
c
P
)
Temperatura (ºC)
CAP 50/60
AMP (6,5% SBS)
Material CAP-20 EVA RASF
Ligante 158 170 170
Agregado 171 183 183
Mistura 146 161 161
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200
10
100
1000
10000
O método Marshall 
indica 2 níveis de energia 
de compactação:
• 50 golpes por face do 
corpo-de-prova para 
baixo volume de tráfego;
• 75 golpes por face do 
corpo-de-prova para alto 
volume de tráfego.
Procedimento Marshall
Procedimento Marshall
Processo mecânico
Procedimento Marshall
Processo manual
Procedimento Marshall
Procedimento Marshall
Procedimento Marshall
▪ Estabilidade: carga máxima 
(unidade de força) indicativa da 
resistência do corpo de prova à 
compressão diametral confinada 
(modo de falha não definido);
▪ Fluência: deslocamento 
máximo (unidade de 
distância) apresentado pelo 
corpo de prova correspondente à 
aplicação dacarga máxima.
Estabilidade Marshall
Metodologia para a Determinação do Teor Ótimo
Segue uma explicação passo-a-passo do método de determinação 
do teor ótimo de ligante convencionalmente usado DNER.
1. Determinação das massas específicas reais dos constituintes 
da mistura: agregados (ASTM, 1994) e CAP, geralmente 
assumida 1,02 (este valor é compatível com CAP’s produzidos 
no país pela Petrobras). 
2. Escolha da faixa granulométrica a ser utilizada (DNER, 
Aeronáutica, Órgão estaduais ou Municipais, etc).
3. Escolha da composição dos agregados de forma a enquadrar 
a mistura de agregados nos limites da faixa granulométrica 
escolhida. Ou seja, é escolhido o percentual em peso de cada 
agregado, %*, para formar a mistura. 
Procedimento Marshall
Procedimento Marshall
 Brita 
¾” 
Brita 
3/8” 
Pó de 
Pedra 
Areia 
Campo 
Fíler Faixa de Projeto Faixa C 
Peneira 
25% 36% 20% 18% 1% %min %alvo %max %min %max 
¾” 100 100 100 100 100 100,0 100 
½” 72 100 100 100 100 86 93,1 100 80 100 
3/8” 33 98 100 100 100 76 82,6 90 70 90 
no 4 5 30 98 100 100 46 50,6 56 44 72 
no 10 3 6 82 99 100 33 38,0 43 22 50 
no 40 2 2 39 68 100 17 22,2 27 8 26 
no 80 1 1 21 41 100 10 13,1 16 4 16 
n
o
 200 0 1 10 21 95 5 7,1 10 1 8 
 
3. Escolha da composição dos agregados:
Note que neste momento não se considera ainda o teor de 
CAP, portanto,  %n* = 100% 
(onde “n” varia de 1 ao número de diferentes agregados na 
mistura).
4. Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, a partir da 
curva viscosidade-temperatura do ligante escolhido. 
✓ Tligante na hora de ser misturado ao agregado  viscosidade entre 
75 e 150SSF, de preferência entre 75 e 95SSF ou 0,17±0,02Pa.s se 
medida com o viscosímetro rotacional. Tligante [107ºC; 177ºC]
✓ Tagregados deve ser de 10 a 15ºC acima da temperatura definida para 
o ligante, sem ultrapassar 177ºC. 
✓ Tcompactação deve ser tal que o ligante apresente viscosidades na 
faixa de 125 a 155SSF ou 0,28±0,03Pa.s.
Procedimento Marshall
 
130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180
1
10
 
V
ic
o
si
d
a
d
e 
B
ro
o
k
fi
el
d
 (
P
o
is
e)
Temperatura (°C)
 Visc Fazenda Alegre
 Visc Fazenda Belém
 Visc Bachaquero
 Faixa de Mistura
 Faixa de Compactação
 
120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180
Temperatura (°C)
V
is
c
o
si
d
a
d
e
 S
a
y
b
o
lt
 F
u
r
o
l,
 S
e
c
o
n
d
s 
(S
F
S
)
1000
100
20
50
200
300
 Viscosidade Faz.Belém 
 ViscosidadeBachaquero 
 Viscosidade Faz. Alegre 
 Faixa de Mistura 
 Faixa de Compactação 
 
Procedimento Marshall
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 T-1,0%). 
6. Após o resfriamento e a desmoldagem dos CPs, obtém-se as 
dimensões do mesmo (diâmetro e altura). Determinam-se para 
cada CP suas massas seca (MS) e submersa em água (MSsub). 
Com estes valores é possível obter a massa específica aparente 
dos CPs (Gmb), que por comparação com a massa específica 
máxima teórica (Gmm = DMT), vai permitir obter as relações 
volumétricas típicas da dosagem. 
Procedimento Marshall
SM
Ms
Balança
SsubM
Balança
Psub
7. A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão (%a), 
ajusta-se o percentual em peso de cada agregado, ou seja,
%n = %n*  (100% - %a)
onde %n é o percentual em peso do agregado “n” na mistura 
asfáltica já contendo o asfalto. 
Note que enquanto  %n* = 100%, após o ajuste,  %n = 100% - %a.
Ajuste do percentual em peso dos agregados em função do teor de 
asfalto
Procedimento Marshall
Teor de Asfalto, % 5,5 6,0 6,5 7,0 
Brita ¾”, % 23,625 23,500 23,375 23,250 
Brita 3/8”, % 34,020 33,840 33,660 33,480 
Areia de Campo, % 18,900 18,800 18,700 18,600 
Pó de pedra, % 17,010 16,920 16,830 16,740 
Fíler, % 0,945 0,940 0,935 0,930 
 
8. Com base em %n, %a, e nas MASSAS ESPECÍFICAS REAIS dos 
constituintes (Gi), calcula-se a Densidade Máxima Teórica da 
mistura (DMT=Gmm) correspondente ao teor de asfalto considerado. 
Esta densidade corresponde a massa específica Gmm e é dada por:
Procedimento Marshall
n
n
2
2
1
1
CAP
CAP
n21CAP
n21CAP
n21CAP
G
M
......
G
M
G
M
G
M
M...MMM
V...VVV
M...MMM
V
M
DMT
++++
++++
=
++++
++++
==
n
n
2
2
1
1
CAP
CAP
G
%
......
G
%
G
%
G
%
100
DMT
++++
=
Constituintes Brita ¾” Brita 
3/8” 
Areia de 
Campo 
Pó de 
Pedra 
Fíler Asfalto 
Massa 
específica real 
2,656 2,656 2,645 2,640 2,780 1,0268 
 
Teor de asfalto, % 5,5 6,0 6,5 7,0 
DMT 2,439 2,422 2,404 2,387 
 
8. Melhor seria DETERMINAR a massa específica Gmm:
Procedimento Marshall
VAM = 
f(Gsb)
aparente
VAM = 
f(Gse)
efetiva
VAM = 
f(Gsa)
real
VAM 
f(Gse)
efetiva
VAM 
f(Gsa)
real
VAM 
f(Gsb)
aparente
> >
8. Melhor seria DETERMINAR a 
massa específica Gmm:
Vv = 
f(Gsb)
aparente
Vv = 
f(Gse)
efetiva
Vv = 
f(Gsa)
real
Vv 
f(Gse)
efetiva
Vv 
f(Gsa)
real
Vv 
f(Gsb)
aparente
> >
9. Cálculo dos parâmetros de dosagem para cada CP:
▪ Volume dos corpos de prova:
▪ Massa Específica Aparente da mistura:
Procedimento Marshall
 
SsubS M- M V =
 
V
M
Gmb S=
Teor de Asfalto, 
% 
5,5 6,0 6,5 7,0 
MS, g 1184,3 1180,2 1185,0 1184,4 1184,0 1188,1 1188,0 1183,4 
MSsub, g 676,8 673,7 679,2 679,7 677,8 682,0 680,0 678,0 
Volume, cm
3
 507,5 506,5 505,8 504,7 506,2 506,1 508,0 505,4 
Gmb 2,334 2,330 2,343 2,347 2,339 2,348 2,339 2,342 
Gmb médio 2,332 2,345 2,343 2,340 
 
▪ Relação 
betume-vazios
▪ Vazios do agregado 
mineral VCBVv VAM +=
 
VAM
VCB
RBV =
▪ Volume 
de vazios
▪ Vazios com 
betume
 
DMT
mbG-MTD
Vv =
 
a
a
G
% Gmb
VCB

=
10. Após as medidas volumétricas, os 
CPs são submersos em banho-
maria a 60C por 30 a 40 minutos. 
Retira-se cada CP colocando-o 
imediatamente dentro do molde de 
compressão. 
Procedimento Marshall
Determinam-se por meio da prensa Marshall, os seguintes 
parâmetros mecânicos resultantes da curva obtida:
▪ Estabilidade (N): carga máxima
▪ Fluência (mm): deslocamento máximo.
No Brasil, grande parte dos laboratórios dispõe 
de prensas Marshall que usam anel 
dinamométrico para leitura da carga e um 
medidor mecânico de fluência, não permitindo a 
obtenção da curva mostrada, tendo, portanto, 
pouca precisão nos parâmetros.
Com todos os 
valores dos 
parâmetros 
volumétricos e 
mecânicos
determinados, 
são plotadas 
6 curvas em 
função do teor 
de asfalto, que 
podem ser 
usadas na 
definição do 
teor de projeto 
 
m
1000
F (kN)
9,81
2,33
2,33
2,33
2,34
2,34
2,34
2,34
2,34
2,35
5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de Asfalto (%)
M
as
sa
 E
sp
ec
íf
ic
a 
A
p
ar
en
te
 (
g
/c
m
3
)
2,38
2,39
2,40
2,41
2,42
2,43
2,44
2,45
5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de Asfalto (%)
M
as
sa
 E
sp
ec
íf
ic
a 
M
áx
im
a 
T
eó
ri
ca
 (
g
/c
m
3
)
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de Asfalto (%)
V
o
lu
m
e 
d
e 
V
az
io
s 
(%
)
16,8
17,0
17,2
17,4
17,6
17,8
18,0
5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de Asfalto (%)
V
az
io
s 
d
o
 A
g
re
g
ad
o
 M
in
er
al
 (
%
)
65,0
70,0
75,0
80,0
85,0
90,0
95,0
5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de Asfalto (%)
R
el
aç
ão
 B
et
u
m
e-
V
az
io
s 
(%
)
9.000
9.500
10.000
10.500
11.000
11.500
5,5 6,0 6,5 7,0
Teor de Asfalto (%)
E
st
ab
il
id
ad
e 
(N
)
O método de dosagem Marshall pode apresentar diversas 
alternativas para escolha do teor de projeto de ligante asfáltico.
▪ NAPA (1982): escolha primordialmente para camadas de 
rolamento em concreto asfáltico baseada somente no Vv (4%), 
ou o Vv correspondente à média das especificações. No Brasil, a 
escolha do teor de projeto correspondente a umVv de 4% 
também é adotada no estado de São Paulo pela DERSA. 
▪ Observa-se distinção de procedimentos para definição do teor de 
projeto dependendo do órgão, empresa ou instituto de pesquisa. 
É comum a escolha se dar a partir da estabilidade Marshall, da 
massa específica aparente e do Vv. 
Nesse caso, o teor de projeto é uma média de 3 teores, 
correspondentes aos teores associados à máxima estabilidade, à 
massa específica aparente máxima da amostra compactada e a um 
Vv de 4% (ou média das especificações)
Os parâmetros determinados no passo 9 são correspondentes a 
cada corpo de prova. Os valores de cada grupo são as médias 
dos valores dos corpos de prova com o mesmo teor de CAP.
Representação esquemática dos grupos de corpos de prova
▪ A metodologia utilizada seleciona o teor ótimo a partir dos parâmetros de dosagem 
Vv e RBV.
▪ Com os cinco valores de Vv e RBV obtidos nos grupos de corpos de prova é 
possível traçar um gráfico do teor de CAP (no eixo “x”) versus Vv (no eixo “y1”) e 
RBV (no eixo “y2”).
▪ Adicionam-se então linhas de tendência para os valores dos dois parâmetros. 
▪ O gráfico deve conter ainda os limites específicos das duas variáveis
indicados pelas linhas tracejadas e apresentados na Tabela 5.
▪ A partir da interseção das linhas de tendência do Vv e do RBV com os limites 
respectivos de cada um destes parâmetros, são determinados quatro teores de 
CAP (X1, X2, X3 e X4). 
▪ O teor ótimo é selecionado tomando a média dos dois teores centrais, ou 
seja, teor ótimo = (X2 + X3) / 2.
Limites de Vv e RBV para diferentes faixas granulométricas 
Teor de CAP versus Vv e RBV
Limites de Vv e RBV para diferentes faixas granulométricas 
Procedimento Marshall
Teor de CAP versus Vv e RBV
Procedimento Marshall
RBV mín
Vv máx
Vv mín
V
v
RBV máx
R
B
V
TótimoX1 X2 X3 X4
Considere um CAP 50/60 com densidade 1,02. Três corpos de prova (CP1, CP2 
e CP3) de um CBUQ são moldados com este CAP com teores 5,5%, 6,0% e
6,5%, respectivamente (um corpo de prova com cada teor). Os resultados da 
densidade teórica máxima de cada mistura, juntamente com os pesos dos corpos 
de prova seco e imerso, são apresentados na Tabela abaixo. Determine o
volume e a densidade aparente dos corpos de prova, bem como os demais 
parâmetros usados na determinação do teor ótimo (Vv, VCB, VAM, RBV).
Corpos de Prova CP1 CP2 CP3
Teor de CAP (%) 5,5 6 6,5
Densidade teórica da mistura asfáltica 2,438 2,421 2,403
Peso no ar do corpo de prova (g) 1182,2 1178,7 1185,9
Peso imerso do corpo de prova (g) 674,7 673,6 681
DADO:
Volume (cm3)
Densidade aparente
Volume de Vazios (%)
V.C.B. (%)
V.A.M. (%)
R.B.V. (%)
PEDE-SE:
Exercício
Baseado somente no
Vv, qual o teor de CAP 
que você escolheria? 
Por quê?