Resumo Drenagem e Ensaio Marshall

Prévia do material em texto

1 Drenagem 
 
 Ajuda a garantir a estabilidade e seu estudo permite o correto dimensionamento, técnico e econômico, da via. 
 
1.1 Drenagem de transposição de talvegues 
 
Águas originadas de bacia que devem ser atravessadas sem comprometer a estrutura das estradas, através 
da adição de bueiros sob os aterros, construção de pontilhões e pontes transpondo os cursos d’’agua. 
 
1.1.1 Bueiros 
 
Os bueiros são obra de arte corrente que conduz águas de um talvegue de um lado a outro da estrada. 
Pode ser canais, vertedouros ou orifícios. A escolha depende de a obra poder trabalhar ou não com carga hidráulica 
a montante, o que poderia causar transbordamento do curso d’água e problemas aos aterros e vias. 
 
a) Quanto a forma da seção: tubular (circular), celulares (retangular ou quadrado), especial (elipse), 
bueiros metálicos. 
 
b) Quanto ao nº de linhas: simples (uma linha de tubo), duplos ou triplos. Obs: Não são recomendados 
números maiores de linhas pelo risco de alagamento. 
 
c) Quanto ao material: concreto simples ou armado, chapa metálica corrugada, polietileno de alta qualidade 
e plástico reforçado de fibra de vidro. 
 
d) Quanto a esconsidade: esconcidade: ângulo entre o eixo do bueiro e o eixo longitudinal da estrada. 
Normais: eixo do bueiro e da estrada de coincidem. Esconsos: eixos do bueiro e estrada formam um 
ângulo diferente de zero. 
 
Os bueiros devem estar localizados nos aterros, nas bocas dos cortes (quando o volume de água nos 
dispositivos de drenagem puder erodir o terreno natural), nos cortes (quando interceptado por ravina ou quando a 
capacidade de escoamento da sarjeta for superada). 
 
1.1.2 Pontilhões 
 
São utilizados em casos que não se puder construir bueiros devido a imposição de carga ou do greide 
projetado. Seus elementos são os mesmos das pontes, com exceção do tempo de recorrência. 
Tempo de Recorrência ou Tempo de Retorno é o intervalo médio de anos dentro de qual um evento 
hidrológico (como uma grande cheia) é igualado ou superado em média uma vez, em qualquer ano. 
 
1.1.3 Pontes 
 
Obras de arte corrente destinadas a vencer talvegues quando não se puder utilizar bueiros ou pontilhões. 
 
1.2 Drenagem superficial 
 
 Tem como objetivo a captação e remoção de água precipitadas sobre as estradas e áreas adjacentes que 
escoam superficialmente. A água superficial é a que resta da chuva deduzida as perdas por evaporação e infiltração. 
 Alguns dispositivos utilizados: descidas e saídas d’água, caixas coletores, bueiros de grade, dissipadores de 
energia, corta-rios, valetas de proteção de corte aterro, sarjetas de corte, aterro e canteiro central. 
 O abaulamento da via deve ser de 2 a 4% para revestimento de granulometria aberta (PMF, PMQ) e de 1,5 a 
2,5% para granulometria fechada (CBUQ, Tratamento superficial). Nas estradas de pistas paralelas o pavimento 
geralmente não é abaulado pois tem inclinação transversal única para permitir escoamento lateral nas bordas 
externas. 
 O acostamento deve ter declividade de 5% quando não revestido e 4% quando revestido. 
 
 1.2.1 Valetas de proteção de corte 
 
 Interceptam as águas que escorrem do terreno natural a montante, impedindo-as de atingir o talude de corte. 
 Elas podem ser trapezoidais, retangulares (facilidade de execução de cortes em rochas) ou triangulares 
(essas ultimas criam caminho preferencial para água e por isso não são indicadas para grandes vazões.) 
 Convém sempre revestir as valetas, principalmente quando forem abertas em terreno permeável para impedir 
instabilidade no talude de corte. 
 
 
 
1.2.2 Valetas de proteção de aterro 
 
 Interceptam e escoam águas que escorrem do terreno a montante impedindo-as de chegar ao pé do talude 
de aterro. Além disso recebem as águas das sarjetas e valetas de corte conduzindo-as ao dispositivo de transposição 
de talvegues. 
 
 1.2.3 Sarjetas de corte 
 
 Captam as águas que precipitam sobre a plataforma e taludes de corte e as conduzem longitudinalmente à 
rodovia até o ponto de transição de corte e aterro permitindo a saída lateral para o terreno natural. 
 O tipo de seção da sarjeta depende da capacidade de vazão necessária. Pode ser triangular (razoável 
capacidade de vazão e redução de risco de acidentes), trapezoidal ou retangular (para vazões maiores) 
 
 1.2.4 Descidas d’água 
 
 Conduzem as águas por outros dispositivos de drenagem pelos taludes de corte (água proveniente de 
valetas e pequenos talvegues) e de aterro. Podem ser do tipo rápido ou em degraus. As seções de vazão podem 
ser retangulares, semicircular e tubos de concreto ou metálicos. 
 
 1.2.5 Saídas d’água 
 
 Conduzem as águas coletadas pelas sarjetas de aterro, lançando-as nas descidas d’água. 
 
 1.2.6 Caixas coletoras 
 
 Coletam as águas provenientes das sarjetas (e destinam para os bueiros de greide) e de águas provenientes 
de áreas à montante de bueiros de transposição de talvegues. 
 
 
 1.2.7 Bueiros de greide 
 
 Conduzem as águas captadas pelas caixas coletoras para locais de desague seguro. São constituídos de 
caixas coletas, corpo e boca. 
 
1.2.8 Dissipadores de energia 
 
Dissipam energia do fluxo d’água reduzindo sua velocidade no escoamento ou no desague. Podem 
dissipadores localizados ou dissipadores contínuos 
 
 1.2.9 Corta-rios 
 
 Evita que um curso d’água interfira com a diretriz da via, afastam as águas que serpenteiam em torno da 
diretriz da estrada. 
 
 1.3 Drenagem do pavimento 
 
 Defende o pavimento de águas proveniente de infiltrações diretas das chuvas e de lençóis d’águas. 
 É necessária em regiões do Brasil em que se verifica uma altura pluviométrica anual maior que 1500 
milímetros e com um VMD de 500 veículos comerciais. 
 
 1.3.1 Base drenante 
 Camada de material granular colocada abaixo do pavimento para drenar a água para fora no pavimento. 
 
 1.3.2 Drenos longitudinais rasos 
 Recebe a água das bases drenantes conduzindo-as até o local de desague. Devem ser adotados quando 
não é viável a extensão da camada drenante por toda a largura da via ou interconectar a camada drenante com 
drenos profundos. 
 
 1.3.3 Drenos laterais de base 
 Recolhem e encaminham para fora da via as águas que infiltram da cama de base, quando o material 
utilizado tem baixa permeabilidade. 
 
 1.3.4 Drenos transversais 
 Posicionados transversalmente à pista em toda largura da plataforma nos pontos baixos das curvas 
côncavas. 
 
 
 1.4 Drenagem subterrânea ou profunda 
 
 Equipamentos utilizados para resolver problemas de infiltração e para serem instalados deve-se conhecer a 
topografia, a geologia e a pluviometria da área. 
 
 1.4.1 Drenos profundos 
 
 Interceptam o fluxo da água subterrânea através do rebaixamento do lençol freático (geralmente na 
proximidade dos acostamentos) impedindo-o de atingir o subleito. 
 
 1.4.2 Drenos profundos 
 
 Drenos destinados à grandes áreas pavimentadas ou não, usados em série em sentido oblíquo ao eixo da 
rodovia. 
 
 1.4.3 Colchão drenante 
 
 Drena as águas situadas a uma pequena profundidade do corpo estradal quando o volume não pode ser 
drenado pelos drenos espinha de peixe. 
 
 1.4.4 Drenos sub-horizontais 
 
 Aplicados para prevenção de escorregamentos em função da elevação do lençol freático ou do nível 
piezométrico de lençóis confinados. 
 
 1.4.5Valetões laterais 
 
 Trabalha como sarjeta e dreno profundos. 
 
1.4.2 Drenos verticais 
 
 Furos verticais onde são instalados cilindros com material granular de boa graduação. A compressão 
decorrente expulsa a água dos vazios do solo além de que a permeabilidade vertical permite a redução no tempo de 
drenagem 
 
 1.5 Drenagem da travessia urbana 
 
 Promove o escoamento das águas de áreas urbanas assegurando o trânsito e protegendo a rodovia de 
efeitos danos de chuvas intensas. Os equipamentos utilizados sãosarjetas, bocas de lobo, poços de visita, galerias e 
estruturas especiais. 
 
 1.6 Geossintéticos 
 
 1.6.1 Geotêxteis 
 
 Materiais têxteis permeáveis para aplicações geotécnicas com a função de filtração (passagem de líquidos e 
gases e retenção de sólidos), separação (impede que materiais de granulometria diferente se misturem), reforço 
(aumentam a resistência do material que envolve), proteção e drenagem. 
 
 1.6.1 Geogrelhas 
 
 Utilizados na estabilização de encostas, obras de arrimos, controle de erosão, reforço do solo e drenagem. 
Composto por polietileno de alta qualidade, poliéster e PVC, é mais espesso que os geotéxteis. 
 
 1.6.1 Geomembranas 
 
 Mantas polimétricas de baixíssima permeabilidade utilizadas para impermeabilização de canais, tanques, 
reservatórios e solos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 Materiais asfálticos 
 
2.1 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. 
 
2.2 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 
completamente solúvel no bissulfeto de carbono (CS2) ou tetracloreto de carbono (CCL4). 
 
2.3 Classificação quanto a origem: 
 
2.3.1 Asfaltos naturais 
Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). 
Possuem de 60 a 80% de betume. 
 
2.3.2 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. 
 
2.3.3 Asfaltos de petróleo 
Mais empregado e produzido, sendo isento de impurezas. Pode ser encontrado e produzido nos 
seguintes estados: Sólido, Semi-sólido, Líquido: Asfalto dissolvido e Asfalto emulsificado 
 
2.3.4 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. 
 
2.4 Classificação quanto a aplicação: 
 
2.4.1 Asfaltos para pavimentação: 
 
a) Cimentos Asfálticos (CAP): 
Segundo LEITE (2003) o CAP é por definição um material adesivo: 
- Termoplastico - 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. 
 
Os cimentos asfálticos de petróleo podem ser classificados segundo a viscosidade e a penetração. 
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. 
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. 
 
b) Asfaltos Diluídos (AD) 
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. 
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  Cura Rápida  Solvente: Gasolina 
CM  Cura Média  Solvente: Querosene 
CL  Cura Lenta  Solvente: Gasóleo (não se usa mais) 
 
c) Emulsões Asfálticas (EA) 
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 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. 
- Ruptura Rápida - Ruptura Média - Ruptura Lenta 
 
d) Asfaltos Modificados com Polímeros 
São obtidos a partir da dispersão do CAP com polímero. Os polímeros aceleram o comportamento 
reológico do asfalto conferindo elasticidade e melhorando suas propriedades mecânicas. Vantagens: 
Maior resistência ao envelhecimento; Elevação do ponto de amolecimento; Maior resistência à 
deformação permanente; melhores características de fadiga. 
 
3.4.2.1 Asfaltos industriais: a) Asfaltos Oxidados ou Soprados. São asfaltos aquecidos e submetidos a 
ação de uma corrente de ar. Usado com impermeabilizantes. 
 
2.4 Ensaios em materiais asfálticos 
 
 2.4.1 Determinação de água 
Não espumem quando aquecidos a 177° C. MB -37/1975. 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. 
 
2.4.2 Determinação do teor de betume: 
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. 
A diferença entre o peso inicial e o peso insolúvel, expressa em %, representa a solubilidade do CAP 
 
2.4.3 Determinação da Consistência de materiais asfálticos 
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, etc. 
 
2.4.4 Ensaio de penetração 
Este ensaio mede a consistência do CAP pela penetração de uma agulha de dimensões padronizadas, em 
décimos de milímetros, submetida a uma carga pré-estabelecida de 100 g durante 5 segundos a uma temperatura de 
25° C. Este ensaio dá uma ideia da consistência para fins de classificação. 
 
2.4.5 Ponto de amolecimento 
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. Asfalto não tem ponto de fusão, porém pode amolecer 
excessivamente, evita-se aceitação de asfaltos muito moles. 
 
2.4.6 Determinação da viscosidade Saybolt-Furol 
Medida em segundos (SSF) para asfalto fluir em um determinado orifício (Furol) a uma determinada 
temperatura (177ºC, 135ºC, 60ºC) e preencher um frasco de 60cm³ (Viscosímetro). 
Avalia consistência de maneira precisa. Viscosidade alta = duro (+denso) exsudação. 
 
 2.4.7 Determinação da ductilidade 
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 se 
rompe. A maioria dos cimentos asfálticos para pavimentação tem ductilidade superior a 100. 
 
2.4.8 Ensaio da mancha 
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 suscetíveis a intempéries. 
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. 
 
2.4.9 Determinação do Ponto de Fulgor 
É a temperatura limite que pode o material asfáltico atingir em obra sem risco de incêndio. As especificações 
fixam o valor de 235°C para o ponto de fulgor. 
 
3 CBUQ: Dosagem, equipamentos e controle 
 
 Concreto betuminoso usinado a frio é uma mistura de alta qualidade devido ao rígido controle nos processos 
de dosagem mistura e execução, visando atender aos parâmetros de estabilidade, durabilidade, flexibilidade e 
resistência. 
 Para que a dosagem seja realizada conforme as especificações é necessário que alguns parâmetros: 
 
a) Densidade aparente da mistura 
Cálculo da % de material asfáltico na mistura, importante para o controle da compactação e medições 
 
 
b) Densidade máxima teórica 
Densidade da massa de asfalto suposta sem vazios 
 
 
 
c) % de vazios na mistura: 
Volume de vazios na mistura. É importante pois uma elevada % de vazios ocasiona oxidação excessiva do 
ligante e a baixa % pode ocasionar exsudação 
 
 
 
 
d) % de vazios do agregado mineral (Vam) e relação betume/vazios. 
A % de vazios do agregado poderá ocasionar o afundamento por consolidação de dois tipos: 
 Afundamento localizado por consolidação (ALC): ocasiona problema nos dispositivos de 
drenagem. Largura mínima a 6m. 
 Afundamento por consolidação nas trilhas de roda (ATC): ruptura por cisalhamento das camadas 
subjacentes, ou ainda deslocamento da película de asfalto junto ao agregado (stripping). 
A relação betume/vazios refere-se à % de vazios do agregado mineral que está preenchida pelo ligante. 
 
 
3.1 Densidade real (D) 
 
 É a relação entre a massa de ar de um dado volume de material, a uma dada temperatura, e a massa de ar 
de igual volume de água à mesma temperatura. 
 Pode ser determinada pelo processo do picnômetro e, no caso de agregado, corresponde à densidade dos 
grãos sem vazios. 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.3 Fluência ou deformação plástica 
 
 É a deformação que um corpo de prova antes do rompimento. No Ensaio Marshall é medida em centésimo 
de polegada (0,254mm) e é delimitada superiormente para misturas excessivamente plásticas que são instáveis. 
 Variando-se o teor de betume, mas mantendo a energia de compactação, pode-se avaliar as variações do 
agregado mineral. 
 Para um teor de betume igual a 0%, o agregado apresenta um valor inicial de vazios. 
 Para as primeiras misturas, com baixos teores de betume, verifica-se que os vazios do agregado 
aumentam (até um máximo). Isso porque o betume em pequenas porções não tem condições de 
molhar completamente os grãos pois durante a compressão eles não encontram facilidade para 
se entrosarem, ocupando os vazios existentes. 
 Aumentando o teor de betume e mantendo-se a energia de compactação, verifica-se que os 
vazios dos agregados minerais diminuem (até um mínimo). É que se atingiu os teores de betume 
que permitem o envolvimento completo dos grãos de agregados facilitando a compressão, o 
acomodamento das partículas que vão se entrosando e reduzindo os vazios ocupados pelo ar. 
 Continuando a aumentar o teor de betume, mantendo-se a energia de compactação, verifica-se 
que os vazios do agregado mineral voltam a aumentar. O que ocorre é que o aumento do teor de 
betume contribui apenas para aumentar a espessura do filme ligante entre os grãos, o que 
separa mais esses grãos, sem possibilidade de melhorar as condições de entrosamento. 
 
As misturas da 1ª fase (zona A) pecam pela insuficiência de ligante e são consideradas pobres. Provocam 
desagregação da mistura e degeneração do pavimento. 
As misturas da 3ª fase (zona C) pecam pelo excesso de ligante e são misturas ricas. Provocam a exsudação 
do betume, tornando a superfície de rolamento escorregadia. 
As misturas da 2ª fase (zona B) satisfazem às especificações e dão à rodovia condições de estabilidade e 
resistência. Os vazios do agregado mineral atingem nessa zona um valor mínimo ao redor do qual deverá estar o teor 
ótimo de betume. 
 
3.4 Deformabilidade 
 
 Para se efetuar esta análise é preciso saber as relações entre tensão e deformação de seus materiais 
constituintes. 
 Determinar o módulo de resistência pode ser por vários tipos de ensaios de carga repetidas: ensaio de tração 
diametral indireto. 
 As camadas constituintes do pavimento tem propriedades anisotrópicas, isto é, na direção radial são iguais e 
na direção vertical, são diferentes. 
 
a) Ensaio de tração diametral indireto regulamentado pelo DNIT em DNER-ME 138/94. 
 
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 “D” ao longo do diâmetro horizontal 
perpendicular à carga “F” aplicada repetidamente. 
Sendo assim, os ensaios de carga repetida procuram reproduzir condições dinâmicas de campo, com a 
amplitude e tempo de pulso do carregamento dependendo da velocidade do veículo e da profundidade que se deseja 
calcular as tensões e deformações. 
Por fim, será possível apresentar diversos grupos de solos, desde solos com elevado grau de resiliência 
(subleito de péssima qualidade), resiliência intermediária (para bases, sub-bases e reforço do subleito) e solos com 
baixo grau de resiliência (pode ser utilizado em todas as camadas dos pavimentos, resultando em estruturas com 
baixas deflexões. 
 
3.5 Ensaio Marshall 
 
 Através do ensaio Marshall determina-se a quantidade ótima de ligante a ser utilizada em misturas asfálticas 
usinadas a quente. 
 Também é possível determinar a estabilidade, que é a resistência máxima à compressão radial (apresentada 
pelo corpo de prova em N) e fluência, que corresponde à deformação total apresentada pelo corpo de prova 
apresentada pela aplicação da carga inicial nula até a máxima.