ENSAIO MARSHALL

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UNISUL – UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA 
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL 
DISCIPLINA DE PAVIMENTAÇÃO 
PROFESSOR HURI ALEXANDRE 
 
 
 
 
 
ENSAIO MARSHALL 
 
 
 
 
ACADÊMICO: ROVANE MARCOS DE FRANÇA 
 
 
 
PALHOÇA, 21 DE NOVEMBRO DE 2003.
ENSAIO MARSHALL 
POR ROVANE MARCOS DE FRANÇA 
 
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1 INTRODUÇÃO 
O Método Marshall, imaginado originalmente pelo engenheiro Bruce Marshall, 
tendo sofrido, no decorrer do tempo, certas modificações por parte do corpo de 
engenheiros do Exército Americano, tem como objetivo determinar a quantidade 
ótima de ligante betuminoso a ser utilizado numa mistura betuminosa. 
Uma das propriedades mais importantes de uma mistura asfáltica é a sua 
estabilidade, ou seja, sua habilidade em resistir à deformação permanente quando 
sujeita à passagem de veículos ou mesmo quando sujeita aos veículos 
estacionados. Entretanto, testes laboratoriais como, por exemplo, o ensaio Marshall, 
para concretos asfálticos, idealizados para medir a estabilidade dessas misturas, são 
empíricos em sua essência. No caso do ensaio Marshall os resultados laboratoriais 
foram correlacionados com a performance dos revestimentos rodoviários e de pistas 
de aeroportos e, portanto, seus testes em corpos-de-prova não podem ser usados 
para prever o sucesso ou o fracasso de um pavimento com absoluta certeza. 
Embora seja passível de algumas críticas, o Método Marshall constitui um 
instrumento valioso no estudo das misturas betuminosas, pois a simplicidade e 
rapidez de execução e ao baixo custo do equipamento necessário, acha-se aliada 
uma experiência de muitos anos de aplicação e estudos práticos. 
Ao longo dos anos foi modificado para adaptar-se à realidade do aumento da 
carga de roda e da pressão dos pneus dos veículos e dentre as modificações foram 
sugeridos novos critérios para a determinação da quantidade ótima de ligante que 
deveria ser a mais próxima dos valores correspondentes à estabilidade e densidade 
aparente máximas, além dos outros parâmetros como porcentagem de vazios, 
relação betume/vazios, estabilidade e fluência terem tido seus valores modificados 
para a nova realidade. 
O método em questão tem como escopo primordial, a fixação do teor de 
ligante ótimo que deve ser incorporado a uma mistura de agregados previamente 
dosada. Pode, alem do mais, fornecer elementos que facultem o estabelecimento de 
especificações. 
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POR ROVANE MARCOS DE FRANÇA 
 
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2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
2.1 Massa Específica Aparente da Mistura 
 A Massa Específica Aparente da Mistura é por definição o quociente da 
massa total da mistura (Mt) pelo volume total ocupado pela mesma (Vt), grandezas 
estas referidas a temperatura de 25ºC considerada. 
Vt
Mt
ap =µ 
2.2 Densidade Aparente da Mistura 
 A Densidade Aparente da Mistura (d) vem a ser o quociente da massa total da 
mistura (Mt) pela massa de água correspondente ao volume total ocupado pela 
mistura (Vt) considerada a água de 25ºC. A determinação de d é feita empregando-
se uma balança hidrostática 
nar
ar
MM
M
d
−
= 
Sendo, 
 Mar=Mt = massa do corpo de prova determinada ao ar 
 Mn = massa do corpo de prova determinada na água 
 Para efeito de ordem prática o denominador da expressão equivale 
numericamente ao volume total do corpod eprova (Vt), pois VtMM águanar .µ=− . 
Como 1997,0 ≅=águaµ , temos que VtMM nar ≅− , portanto 
Vt
M
d ar= 
2.3 Massa Específica Real Teórica 
 A Massa Específica Real Teórica da Mistura é por definição o quociente da 
massa total da mistura (Mt) pelo volume de cheios da mesma (Vc=Vt-Vv), grandezas 
estas referidas a temperatura de 25ºC considerada. 
VvVt
Mt
−
=µ 
 
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3 EXECUÇÃO DO ENSAIO 
O Ensaio Marshall é executado com corpos de prova cilíndricos de 4” de 
diâmetro e 2,5” de altura. Após as medidas para determinação do volume e da 
pesagem, são colocados em banho-maria a 60º C por 20 a 30 minutos. 
Imediatamente após a retirada do banho-maria, os corpos de prova são levados à 
prensa Marshall, sendo a carga aplicada continuamente ao longo da superfície do 
cilindro (compressão diametral), à média de 2”/minuto até o rompimento. A Carga 
Máxima aplicada que provoca o rompimento é o valor da estabilidade Marshall. 
A deformação sofrida pelos corpos de prova durante a aplicação da carga até 
o valor máximo é medida pelo medidor de fluência e anotada como valor de fluência. 
Conforme as normas, a seqüência básica do ensaio deve ser a seguinte: 
a) Secagem, análise granulométrica e composição da mistura para os 
agregados; 
b) Estimativa da porcentagem ótima do ligante para o empregado a ser 
utilizado, seja por experiência anterior ou através da superfície especifica (DER/SP-
M148) ou por outro método equivalente; 
c) Moldagem dos corpos de prova, por impacto (50 golpes para pressão de 
pneu até 7 Kgf/ cm e 75 golpes para pressão de pneu de 7 Kgf/ cm a 14 Kgf/ cm) de 
um soquete padronizado, com 4.540g de massa e 45 cm de altura de queda, de no 
mínimo 3 corpos-de-prova para cada teor de ligante; 
d) Extração dos corpos-de-prova dos moldes, com “colocação”, por no mínimo 
12 horas, à temperatura ambiente em superfície lisa e plana. 
e) Pesagem dos Corpos-de-prova ao ar e imenso em água para determinação 
das características físicas; 
f) Imersão dos corpos-de-prova em banho-maria por 30 a 40 minutos, à 60ºC 
1ºC (CAP). Após este tempo os corpos-de-prova deverão ser enxugados e 
colocados no molde de compressão, centrando-os no proto da prensa Marshall onde 
serão submetidos ao ensaio de ruptura (Marshall) para determinação das 
características mecânicas estabilidade e fluência; 
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g) Escolha do teor ótimo de ligante com base em cinco gráficos cartesianos 
onde em obcissas estão os teores de ligante utilizados e, em ordenadas, as médias 
dos valores da estabilidade, da fluência, dos vazios não preenchidos, da relação 
betume- vazios e da densidade aparente correspondentes a cada teor de ligante. 
Os resultados do ensaio são anotados para a elaboração dos gráficos das 
variações das grandezas, em função da variação dos teores de betume: 
- a variação das cargas máximas de ruptura ou estabilidade Marshall 
- a variação das porcentagens de vazios não preenchidos 
- a variação das porcentagens de vazios preenchidos, relação betume x 
vazios 
- a variação da densidades máximas teóricas 
- a variação da deformação sofrida pelos corpos de prova antes do 
rompimento, medida durante a aplicação das cargas 
O resumo dos gráficos elaborados com os resultados é o seguinte: 
- gráfico estabilidade x teor de betume. Nota-se que a estabilidade cresce 
inicialmente com o teor de betume cescente. A partir de determinado teor, a 
estabilidade passa a descrescer. 
- a densidade máxima teórica, embora sem ser para os mesmos teores, 
também aumenta com os teores de betume crescentes até determinado ponto, onde 
passa a decrescer. 
- os vazios não preenchidos decrescem com o aumento do teor de betume; 
porém, a partir de determinado teor, o decréscimo é imperceptível e a curva é 
assíntótica ao eixo onde estão lançados estes valores. 
- os vazios preenchidos (relação betume x vazios) crescem com os teores de 
betume crescentes, porém a partir de determinado teor, o acréscimo é imperceptível 
e a curva é assintótica a uma horizontal. 
- a fluência cresce indefinidamente com o aumento do teor de betume. 
Calcula-se então a média dos 4 valores de B obtidos: 
4
4321 BBBB
B
+++= 
Deve-se verificar ainda se o valor de B encontrado satisfaz, ainda, duas 
condições: 
1) dá estabilidade Marshall acima do mínimo especificado 
2) dá fluência abaixo do máximo especificado 
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Satisfazendo essas duas condições finais, o teor B pode ser considerado o 
teor ótimo de betume em peso. Se não satisfazer, pode-se fazer alguns pequenos 
ajustes da porcentagem de asfalto e/ou na granulometria do agregado. 
 
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4 NORMAS TÉCNICAS 
No Brasil, atualmente, os parâmetros usados no Método Marshall para 
Concreto Betuminoso Usinado a Quente, têm que se enquadrar nos limites 
mostrados na Especificação de Serviço ES 313/97 do DNIT (Departamento Nacional 
de Infra-Estrutura de Transporte) (em anexo). 
As Normas Rodoviárias do DNIT que definem o Método de Ensaio é a DNER-
ME 043/95 (em anexo). 
Aqui, no estado de Santa Catarina o DEINFRA (Departamento estadual de 
Infra-Estrutura) usa como definição as Especificação de Serviço DER-SC-ES-P-
05/92 (em anexo). 
A norma da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) que trata no 
Ensaio Marshall é a NBR 12891 (1993). 
 
5 EQUIPAMENTOS NECESSÁRIOS: 
- bandejas metálicas para o aquecimento 
dos agregados. 
- bacia para a homogeneização da mistura. 
- dispositivo que permita o aquecimento 
dos agregados e do ligante. 
- colher para a manipulação dos 
agregados. 
- recipiente para aquecimento do ligante. 
- termômetros de 10º C e 232º C. 
- balança com capacidade de 20 Kg. 
sensível a 1g. 
- colher de pedreiro para homogeneização 
da mistura. 
- espátula. Prensa Marshall 
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- dispositivo capaz de permitir a feitura de um banho de água quente para 
aquecimento do soquete e dos moldes. 
- base de compactação de madeira equipada com um prato metálico e hastes onde 
é inserido o molde durante a compactação. 
- 2 moldes de compactação (cilindro metálico com um diâmetro interno, de 4”e 3” de 
altura equipado com colarinho adaptável em ambas as bases e prato base nas 
mesmas condições). 
- soquete de compactação cuja cabeça tem um diâmetro de 3 7/8” equipado com um 
peso de 10 lbs. capaz de cair de uma altura de 18”. 
- extrator de corpos de prova. 
- luvas de asbesto. 
- prensa para o rompimento dos corpos de prova (Prensa Marshall). 
- molde para o ensaio de estabilidade. 
- medidor de fluência. 
 
 Soquete Molde 
 
 
 Conjunto Completo Esquema de Rompimento 
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Principais Equipamentos 
 
6 CRITÉRIOS TÉCNICOS 
Ao teor ótimo de ligante da mistura deverão corresponder valores das 
diversas propriedades físicas que preencham os requisitos das limitações a seguir 
discriminadas. Tais requisitos foram estabelecidos pelo Corpo de Engenheiros do 
Exército Americano para misturas asfálticas empregadas em aeroportos. 
Critério – Pressão dos pneus Propriedade Tipo de Mistura 
7kg/cm2 14kg/cm2 
Estabilidade Marshall Todos os tipos 225 450 
Deformação Plástica 
(Fluência) Todos os tipos 20 16 
Concreto Asfáltico 3_5 3-5 
Areia/Asfalto 5_7 6-8 
% de Vazios 
não-preenchidos 
(Vv) Binder 4_6 5-7 
Concreto Asfáltico 75-85 75-82 
Areia_ Asf. 75-75 65-72 
% de Vazios 
preenchidos em mat. 
betuminosos (Vp) binders 65-75 75-72 
O teor de ligante será determinado através da média dos seguintes teores: 
1º) Teor do ligante correspondente ao valor máximo da estabilidade. 
2º) Teor do correspondente ao valor máximo da densidade aparente. 
3º) Teor de ligante correspondente à média dos limites estabelecidos para a 
% Vv. 
4º) Teor do ligante correspondente à média dos limites estabelecidos para a 
R.B.V. (%). 
 
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7 EXEMPLO PRÁTICO 
 na definição do teor de ligante pela metodologia Marshall foram seguidos os 
procedimentos e normas adotadas pelo DNIT. Foi definido o projeto da mistura dos 
agregados a ser utilizado para enquadramento na faixa B do DNER (ES-313/97 em 
anexo). Foram utilizados: brita 1, brita 0 e pó de brita. No Quadro abaixo estão a 
granulometria dos agregados e da mistura escolhida e os limites especificados. O 
tráfego adotado foi considerado pesado e como esforço de compactação utilizaram-
se 75 golpes por face. 
 
O Projeto de mistura foi definido com 35% de brita 1, 30% de Brita 0 e 35% de 
Pó de Pedra. 
Nos procedimentos de dosagem Marshall trabalhou-se com três corpos de 
prova para cada teor de CAP (4, 5 e 6%) e os valores abaixo são as médias. 
 
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Gráficos do Estudo 
 
Para atender as exigências da ES-313/97 (valores entre 3 e 5% para %Vv e 
de 75 e 82% para a %RBV – Relação Betume Vazios), o Valor de 4,6% foi definido 
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como o teor de projeto e os valores dos demais parâmetros podem ser analisados 
abaixo. 
 
 
8 SUGESTÕES NA ELABORAÇÃO DA DOSAGEM 
Pode suceder que o projetista não chegue, no final da primeira tentativa 
levada a efeito, ao estabelecimento de um traço que satisfaça simultaneamente a 
todos os requisitos especificados no quadro do item 5. Nestas condições, certos 
reajustes no traço inicial tornam-se fundamentais. Com a finalidade de orientar as 
diretrizes inerentes aos referidos reajustes, principalmente no que concerne aos 
valores obtidos para estabilidade e a porcentagem de vazios da mistura, serão 
enumerados alguns conselhos sugeridos pelo Asphalt Institute: 
1ª SITUAÇÃO: Estabilidade obtida satisfatória: 
A) % Vv obtida inferior ao mínimo especificado: 
a) Reduzir a porcentagem de Filler ou a porcentagem de ligante ou 
ainda, reduzir ambas. 
b) Modificar a proporção existente entre o agregado graúdo e o 
agregado fino com a finalidade de aumentar a porcentagem V.A.M. (Vazios no 
Agregado Mineral) 
B) % Vv obtida superior ao máximo especificado: 
a) Aumentar a porcentagem de Filler ou a porcentagem de betume ou, 
ainda, aumentar ambas. 
b)- Modificar a proporção existente entre o agregado graúdo e o 
agregado fino, a fim de diminuir a porcentagem V.A.M. 
2ª SITUAÇÃO - Estabilidade obtida muito baixa: 
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A) % Vv obtida inferior ao mínimo especificado: 
a) Aumentar a porcentagem de Filler e reduzir a porcentagem de 
ligante. 
b) Aumentar a porcentagem de agregado graúdo. 
B) % Vv obtida superior ao máximo especificado: 
a) Aumentar a porcentagem de Filler. 
b) modificar a proporção entre o agregado graúdo e o agregado fino 
com a finalidade de reduzir a porcentagem V.A.M. 
C) % Vv enquadrada nos limites específicos: 
a) Se a porcentagem de ligante estiver próxima do limite máximo 
tolerada pela especificação, aumentar a porcentagem de agregado graúdo e 
reduzir a porcentagem de ligante. 
b) Se a porcentagem de ligante estiver próxima do limite inferior 
especificado é provável que a baixa estabilidade decorra da natureza do 
próprio agregado e, nestas circunstâncias, é aconselhável tentar trabalhar 
com agregado provenientes de outras origens. Caso o agregado graúdo seja 
constituído por pedra britada é muito provável que as dificuldades sejam 
provenientes de agregado fino. Se o agregado graúdo for constituído por 
seixos rolados (“gravel”) pode ser ele o responsável pelo baixo valor de 
estabilidade. De qualquer forma, antes de rejeita-se em definitivo um ou 
ambos os agregados é conveniente executar-se misturas tentativas, utilizando 
as porcentagens máxima e mínima de agregado graúdo permitidas pelas 
especificações, interpretando-se convenientemente os resultados de tais 
misturas. 
3ª SITUAÇÃO - Estabilidade obtidaelevada em demasia: 
A obtenção de valores muito altos para a estabilidade se deve, em geral, a 
uma ou ambas as causas a seguir enumeradas: 
a) A estabilidade muito elevada pode decorrer da natureza do próprio 
agregado como conseqüência de um entrosamento intenso entre partículas muito 
angulosas, particularmente entre as de maiores dimensões. Este caso de 
estabilidade elevada é desejável, não se justificando uma limitação do seu valor 
máximo. O fato de uma mistura apresentar estabilidade muito alta decorrente da 
natureza do agregado pode ser identificado pela execução de uma outra mistura na 
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qual seja empregado um mínimo de agregado fino e um teor de ligante ligeiramente 
acima do valor médio utilizado na mistura primitiva. A mistura desta forma executada 
pode não ser satisfatória sob o ponto de vista de densidade mas, caso a sua 
estabilidade for, apesar disso, muito elevada, é um índice de que a estabilidade 
aparentemente excessiva apresentada pela mistura original decorre da natureza do 
agregado empregado, sendo , pois, desejável. 
b) A estabilidade muito elevada pode ainda ser oriunda de uma densidade 
excessivamente alta, assim como de um baixo valor de porcentagem V.A.M. . 
Quando isso ocorre o valor elevado encontrado para a estabilidade servirá como 
elemento indicador de que a massa resultante apresenta características 
indesejáveis, sendo, possivelmente, quebradiça quando sujeita a baixas 
temperaturas, devendo apresentar, ainda, baixa resistência ao aparecimento de 
fissuras e tendência à desagregação. Misturas deste tipo encerram, em geral, 
quantidade excessiva de Filler bem como deficiência de ligante. Correções 
satisfatórias poderão ser levadas a efeito desde que se procure aumentar o valor da 
porcentagem V.A.M., possibilitando, conseqüentemente, o emprego de maiores 
quantidades de ligante. Estas providências podem ser completadas por uma 
redução, tanto na quantidade do agregado fino, como na do Filler empregados. 
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ANEXO 1 - DER-SC-ES-P-05/92 Especificações Gerais para Obras Rodoviárias: 
Camadas de Misturas Asfálticas Usinadas a Quente – DEINFRA 
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POR ROVANE MARCOS DE FRANÇA 
 
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ANEXO 2 - ES 313/97 Especificação de Serviço: Pavimentação Concreto 
Betuminoso DNIT 
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POR ROVANE MARCOS DE FRANÇA 
 
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ANEXO 3 - ME 043/95 Método de Ensaio: Misturas Betuminosas a Quente 
– Ensaio Marshall DNIT 
ENSAIO MARSHALL 
POR ROVANE MARCOS DE FRANÇA 
 
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10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
DEINFRA DER-SC-ES-P-05/92 Especificações Gerais para Obras 
Rodoviárias: Camadas de Misturas Asfálticas Usinadas a Quente. 
DEINFRA – 1992. 
DNIT ES 313/97 Especificação de Serviço: Pavimentação Concreto 
Betuminoso. DNER – 1997. 
DNIT ME 043/95 Método de Ensaio: Misturas Betuminosas a Quente – 
Ensaio Marshall. DNER – 1997. 
MARQUES, G.L.O., Laura M.G.M., Leni M.L. e Rômulo C.. Exemplos de 
Dosagem Superpave no Brasil. 33ª Reunião Anual de Pavimentação. 
PEREIRA, A. M.. Apostila do Curso de Pavimentação. IPR. 
SENÇO, W.. Manual de Técnicas de Pavimentação – Volume 2.