Dosagem Superpave c4d3h

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS - CTRN

UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL - UAEC LABORATÓRIO DE ENGENHARIA DE PAVIMENTOS – LEP

DOSAGEM SUPERPAVE Grupo 05: Amona Rodrigues Veríssimo Eriberto Fernandes da Silva Junior Mateus Araújo de Souza Celestino Raissa Iane Góis Presideu Sonaly Mendes Arruda

INTRODUÇÃO

INTRODUÇÃO ● Pavimentos rodoviários ● Dosagem de mistura asfáltica

Figura 01. Defeito no revestimento asfáltico. Fonte: raizesfm.

○ Definição. ● Teor de projeto da mistura ○ Método de dosagem; ○ Energia de compactação; ○ Tipo de mistura; ○ Granulometria; ○ Tipo do ligante;

○ Temperatura da mistura.

Figura 02. Operação tapa buracos. Fonte: asfalto de qualidade.

MÉTODOS DE DOSAGEM

MÉTODOS DE DOSAGEM ● Marshall ○ Método mais usado. ● Hveem ● Superpave

Figura 03. Corpo de prova. Fonte: Center for asphalt

DOSAGEM SUPERPAVE

DOSAGEM SUPERPAVE ● Origem ○ Strategic Highway Research

Problem (SHRP) ● Requisitos de desempenho ○ Tráfego; ○ Ambiente ● Aplicação do sistema ○ Volume de tráfego ○ Outra forma de classificação funcional da rodovia. Figura 04. Compactador giratório superpave (CGS). Fonte: Lemco

DOSAGEM SUPERPAVE EXEMPLO – NÍVEL 1

ESTRUTURA HIERÁRQUICA DO MÉTODO SUPERPAVE Tabela 1 – Organização hierárquica do método Superpave

Nível

Critério

N (AASHTO)

1

• Volumétrico

< 106

2

3

• Volumétrico • Volumétrico • Ensaios de • Ensaios de previsão de previsão de desempenho a desempenho a uma três temperatura temperaturas 106 a 107

≥ 107

RESUMO DA DOSAGEM SUPERPAVE

Figura 5 – Fluxograma da dosagem Superpave

CGS – COMPACTADOR GIRATÓRIO SUPERPAVE Figura 6 – Ilustração esquemática e exemplo de CGS

CGS (equipamento utilizado em todo processo de dosagem) Características: • Ângulo de rotação 1,25 ± 0,02°; • Taxa de 30 rotações por minuto; • Tensão de compressão vertical durante a rotação de 600kPa; • Capacidade de produzir corpos de prova com diâmetros de 150 e 100mm.

ANÁLISE DOS AGREGADOS ESCOLHA DA GRANULOMETRIA Pontos de controle Pontos mestres por onde a curva granulométrica deve ar (presentes no tamanho máximo nominal, no tamanho intermediário (2,36mm) e um nos finos (0,075mm) Zona de restrição • Região na qual a curva não deve ar; • Em caso de agem - Misturas muito sensíveis – fácil deformação; • Recomendado (especificações Superpave) – misturas abaixo dessa zona.

Figura 7 – Exemplo de granulometria num gráfico com pontos de controle e zona de restrição

COMPOSIÇÕES GRANULOMÉTRICAS Mistura 1 (miúda) Composições granulométricas (atendem as recomendações Superpave)

Mistura 2 (graúda) Mistura 3 (intermediária)

Tabela 2 – Dados dos agregados das misturas tentativas 1,2 e 3

Propriedades

Critério Superpave

Mistura tentativa 1

Mistura tentativa 2

Mistura tentativa 3

Angularidade graúdos (%)

96%/90% (mín)

96%92%

95%/92%

97%/93%

Angularidade miúdos (%)

45% (mín)

48%

50%

54%

Alongadas/Achatadas (%)

10% (máx)

0%

0%

0%

Equivalente areia (%)

45 (mín)

59

58

54

Gsb combinado (g/cm³)

NA

2,699

2,697

2,701

Gsa combinado (g/cm³)

NA

2,768

2,769

2,767

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE INICIAL Determinação do teor de ligante inicial

Massa específica aparente e real da composição dos agregados Fator de absorção da composição

Teor inicial

Teor em que agregados não absorvem mais ligante Teores maiores – Mistura de agregados com massa específica efetiva constante

Parâmetros

Percentual de agregados na mistura Volume de vazios da mistura

Massa específica do ligante

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE INICIAL O 1 – Cálculo da massa específica efetiva da composição de agregados (Gse)

𝐺𝑠𝑒 = 𝐺𝑠𝑏 + 𝐹𝑎 ∗ (𝐺𝑠𝑎 − 𝐺𝑠𝑏 ) Assumindo Fa =0,8: • Mistura 1: Gse = 2,699 + 0,8x(2,768-2,699) = 2,754 g/cm³; • Mistura 2: Gse = 2,697 + 0,8x(2,769-2,697) = 2,755 g/cm³; • Mistura 3: Gse = 2,701 + 0,8x(2,767-2,701) = 2,754 g/cm³; Onde, Gsb: massa específica aparente da composição, Gsa: massa específica real da composição e Fa: fator de absorção da composição

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE INICIAL O 2 – Cálculo do volume de ligante absorvido (Vla)

𝑃𝑎𝑔 ∗ (1 − 𝑉𝑣) 1 1 𝑉𝑙𝑎 = ∗ − 𝑃 𝐺𝑠𝑏 𝐺𝑠𝑒 𝑃𝑙 𝑎𝑔 + 𝐺𝑙 𝐺𝑠𝑒 Assumindo Vv = 4%, Gl = 1,02; Pl = 5%, consequentemente Pag = 95%: • Mistura 1: Vla = 0,0171 cm³/cm³; • Mistura 2: Vla = 0,0181 cm³/cm³; • Mistura 3: Vla = 0,0165 cm³/cm³; Onde, Gsb: massa específica aparente da composição, Gse: massa específica efetiva da composição, Pag: teor de agregados, Pl: teor de ligante, Gl: massa específica do ligante.

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE INICIAL

O 3 – Cálculo do volume de ligante efetivo (Vla)

𝑉𝑙𝑒 = 0,081 − 0,02931 ∗ ln(𝑇𝑀𝑁) TMN neste caso é igual para as três misturas (TMN é expresso em polegadas):

• Misturas 1,2 e 3: Vle = 0,081 - 0,02931*ln(0,75)= 0,089 cm³/cm³; Onde, TMN: tamanho máximo nominal (inches)

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE INICIAL O 4 – Cálculo da massa de agregado (Mag)

𝑀𝑎𝑔

𝑃𝑎𝑔 ∗ (1 − 𝑉𝑣) = 𝑃𝑙 𝑃𝑎𝑔 + 𝐺𝑙 𝐺𝑠𝑒

• Mistura 1: Mag = 2,315 g; • Mistura 2: Mag = 2,316 g; • Mistura 3: Mag = 2,315 g. Onde, Gse: massa específica efetiva da composição, Pag: teor de agregados, Pl: teor de ligante, Gl: massa específica do ligante e Vv: volume de vazios.

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE INICIAL O 5 – Estimativa do teor de ligante inicial (Pli)

𝑃𝑙𝑖 =

• Mistura 1: Pli = 4,46%;

𝐺𝑙 ∗ (𝑉𝑙𝑒 + 𝑉𝑙𝑎 ) 𝐺𝑙 ∗ 𝑉𝑙𝑒 + 𝑉𝑙𝑎 + 𝑀𝑎𝑔

∗ 100

• Mistura 2: Pli = 4,50%; • Mistura 3: Pli = 4,44%.

ite-se então um teor inicial de 4,4% para as três misturas – de modo a ficar mais consistente com o exemplo, afinal os dados de compactação se referem a este teor específico no qual serão moldados os corpos de prova. Onde, Gl: massa específica do ligante, Vle: volume de ligante efetivo, Vla: volume de ligante absorvido e Mag: massa do agregado.

ESCOLHA DE UMA DAS MISTURAS Compactação de dois corpos de prova para cada mistura

Tabela 3 – Número de giros especificados na norma de dosagem Superpave

Parâmetros de compactação Ninicial

Corpos de prova – envelhecimento por 2 horas na temperatura de compactação Compactação com número de giros Ninicial, Nprojeto e Nmáximo

Cálculo para cada N da massa específica aparente estimada (Gmb) Calcular Gmb como função de Gmm (massa específica máxima teórica)

7 8

9

Nprojeto

Tráfego

Nmáximo

50

75

Muito leve (local)

75

115

Médio (rodovias coletoras)

160

Médio a alto (vias principais, rodovias rurais)

205

Alto volume de tráfego (interestaduais, muito pesado)

100

125

%𝐺𝑚𝑚 =

𝐺𝑚𝑏 𝐺𝑚𝑚

ESCOLHA DE UMA DAS MISTURAS Tabela 4 – Valores de Gmb corrigidos e respectivos critérios

Gmb corrigido (%Gmm)

Critério

Mistura 1

Mistura 2

Mistura 3

%Gmm (Ninicial )

<89

87,1

85,6

86,3

%Gmm (Nprojeto)

96

96,2

95,7

95,2

%Gmm (Nmáximo )

<98

97,6

97,4

96,5

Cálculo do volume de vazios (Nprojeto)

Cálculo da porcentagem de vazios no agregado mineral (Nprojeto)

%𝐺𝑚𝑚 ∗ 𝐺𝑚𝑚 ∗ 𝑃𝑎𝑔 𝑉𝐴𝑀 = 100 − 𝐺𝑠𝑏

• Mistura 1: Vv = 100% - 96,2% = 3,8%; • Mistura 2: Vv = 100% - 95,7% = 4,3%; • Mistura 3: Vv = 100% - 95,2% = 4,8%. Onde, VAM: vazios no agregado mineral, Gsb: massa específica aparente da composição e Gmm: massa específica máxima • Mistura 1: VAM = 12,7%; • Mistura 2: VAM = 13,0%; • Mistura 3: VAM = 13,5%.

ESCOLHA DE UMA DAS MISTURAS Estimativa de teor de ligante para gerar Vv de 4% • Como nenhum das três amostras atingiu o valor de 4% de Vv estima-se então o teor de ligante necessário para atingir esse valor. • Assim,

𝑃𝑙,𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 = 𝑃𝑙𝑖 − 0,4 ∗ (4 − 𝑉𝑣 ) Pl,estimado (Mistura 1) = 4,3% Pl,estimado (Mistura 2) = 4,5% Pl,estimado (Mistura 3) = 4,7%

Cálculo do VAM para o teor estimado

Onde, Pli: teor de ligante inicial, Vv: volume de vazios.

𝑉𝐴𝑀𝑙,𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 = 𝑉𝐴𝑀𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 + 𝐶(4 − 𝑉𝑣 ) • C = 0,1 se Vv < 4,0% e igual a 0,2 se Vv>4,0% VAM estimado (Mistura 1) = 12,7% VAM estimado (Mistura 2) = 13,0% VAM estimado (Mistura 3) = 13,3%

ESCOLHA DE UMA DAS MISTURAS Cálculo do RBV para o teor estimado

𝑅𝐵𝑉𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 =

𝑉𝐴𝑀𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 − 4,0 𝑉𝐴𝑀𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜

RBV estimado (Mistura 1) = 68,5% RBV estimado (Mistura 2) = 69,2% RBV estimado (Mistura 3) = 70,1%

Estimativa de Gmm (Ninicial e Nprojeto)

Onde, RBV: Relação Betume-vazios

%𝐺𝑚𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑁𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = %𝐺𝑚𝑚𝑡𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑁𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − (4,0 − 𝑉𝑣) %𝐺𝑚𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑁𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 = %𝐺𝑚𝑚𝑡𝑒𝑛𝑡𝑎𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑁𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 − (4,0 − 𝑉𝑣)

ESCOLHA DE UMA DAS MISTURAS Tabela 5 – Resumo das misturas tentativas para Vv de 4%

Mistura Pli (%) tentativa

Pl,estimado (%)

VAMestimado RBVestimado 𝐺𝑚𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 (𝑁𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ) (%) (%)

𝐺𝑚𝑚𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 (𝑁projeto )

1

4,4

4,3

12,7

68,5

86,9

97,4

2

4,4

4,5

13,0

69,2

85,9

97,7

3

4,4

4,7

13,3

70,1

87,1

97,3

Estimativa de teor de ligante efetivo

𝑃𝑙𝑒,𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 = − 𝑃𝑎𝑔 ∗ 𝐺𝑙 ∗

𝐺𝑠𝑒 − 𝐺𝑠𝑏 + 𝑃𝑙,𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 𝐺𝑠𝑒 ∗ 𝐺𝑠𝑏

Ple,estimado (Mistura 1) = 3,6% Ple,estimado (Mistura 2) = 3,7% Ple,estimado (Mistura 3) = 4,0%

Proporção pó/asfalto (P/A)

𝑝𝑎𝑠𝑠𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑁°200 𝑃Τ𝐴 = 𝑃𝑙𝑒,𝑒𝑠𝑡𝑖𝑚𝑎𝑑𝑜 P/A (Mistura 1) = 0,86 P/A (Mistura 2) = 0,78 P/A (Mistura 3) = 0,88

ESCOLHA DE UMA DAS MISTURAS Critérios de escolha de amostra Para o tráfego de projeto (N entre 10 e 30x107) e tamanho máximo nominal (TMN) dos agregados os critérios volumétricos e de compactação são: • Vv = 4%; • VAM > 13%; • 65% < RBV < 75%;

ESCOLHA DA AMOSTRA

• Mistura 1 – inaceitável pois tem VAM <

VAMmín; • Mistura 2 – aceitável mas está no VAMmín;

• Mistura 3 – valor de VAM aceitável e atende todos os demais critérios;

• %Gmm (Ninicial) < 89%;

• %Gmm (Nmáximo) < 98%; • P/A ente 0,6 e 1,2

Mistura 3 escolhida como projeto estrutural do agregado

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE DE PROJETO Dois para teor de ligante estimado (Ple) Compactação de corpos de prova para a mistura escolhida Realizada no CGS • Pressão aplicada de 600 kPa; • Ângulo de rotação – 1,25°

OBS: As misturas não compactadas permanecem em estufa à temperatura de compactação (função da viscosidade do ligante) de modo a simular o envelhecimento de curto prazo durante a usinagem.

Dois para os teores - ±0,5 e +1% em relação a Pli Figura 8 – Exemplo de curva de viscosidade

PROCEDIMENTO DE COMPACTAÇÃO Simulação do envelhecimento de curto prazo em estufa

Retirada do molde e material da estufa

Colocação do papel-filtro no fundo do molde

Colocação da mistura no molde

Corpos-de-prova Superpave (diâmetros 150 e 100mm) e corpo de prova Marshall (100mm)

Extração do corpo-deprova após compactação

Ajuste do corpo-de-prova para compactação

Colocação do papel-filtro após a mistura

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE DE PROJETO Teor de ligante estimado (Pl,estimado = 4,7%) Compactação de dois corpos de prova no CGS (cada mistura)

Pl,estimado – 0,5% = 4,2% Pl,estimado + 0,5% = 5,2% Pl,estimado + 1,0% = 5,7%

Após a compactação deve ser feita pesagem (a seco, submersa e superfície saturada seca) de forma a determinar o Vv (para os três esforços) (ASTM D 3203-94)

• Ninicial: esforço de compactação inicial; • Nprojeto: esforço de compactação de projeto (no qual Vv deve ser igual a 4%); • Nmáximo: esforço de compactação máximo (representa a condição de compactação da mistura ao fim da sua vida de serviço).

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE DE PROJETO

Figura 9 – Curva de compactação da mistura 3 com 4,2% de ligante e tamanho máximo nominal de 19mm

Valores de %Gmm obtidos a partir da curva de compactação Propriedades volumétricas (Vv,VAM,RBV) – calculadas para Nprojeto

Ligante %Gmm %Gmm (%) (Ninicial) (Nprojeto) Tabela 6 – Resumo das informações da mistura 3

%Gmm (Nmáximo)

Vv (%)

VAM (%)

RBV (%)

Massa esp. (g/cm³)

4,2

85,8

94,5

95,8

5,5

13,4

59,3

2,441

4,7

87,1

96,1

97,5

3,9

13,2

70,1

2,461

5,2

87,4

97,0

98,5

3,0

13,4

77,9

2,467

5,7

88,6

98,1

99,8

1,9

13,6

86,2

2,476

DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGANTE DE PROJETO Tabela 7 – Propriedades da mistura

Teor de projeto é de 4,7% por corresponder ao teor com Vv de 4% no Nprojeto

Últimos procedimentos

Propriedades da mistura

Resultado

Critério

Vv

3,9%

4,0%

VAM

13,2%

13,0 (mín)

RBV

70,1%

65% a 75%

Proporção pó/asfalto

0,88

0,6 a 1,2

%Gmm (Ninicial)

87,1%

< 89%

%Gmm (Nmáximo)

97,5%

< 98%

Avaliar a sensibilidade da amostra à umidade – teste AASHTO T 283

Todos corpos de prova – determinação da resistência à tração estática indireta (RT)

DOSAGEM MARSHALL X SUPERPAVE

DOSAGEM MARSHALL X SUPERPAVE  Tipo de compactação:

Figura 10 - Compactadores Marshall. Fonte: Bernucci

Figura 11 - Compactador Superpave. Fonte: Bernucci

DOSAGEM MARSHALL X SUPERPAVE GRANULOMETRIA

MARSHALL

SUPERPAVE

Graduação mais densa;

Existências de espaço de vazios;

Estabilidade através do maior contato entre as partículas;

Incorporação do ligante;

Reduzidos vazios no agregado mineral.

Durabilidade e evita exsudação.

VANTAGENS E DESVANTAGENS

VANTAGENS E DESVANTAGENS VANTAGENS

Maior durabilidade;

Economia de implantação e manutenção; Redução no custo do transporte rodoviário; Diminuição dos acidentes devido às más condições das rodovias.

DESVANTAGEM

Considera apenas os parâmetros volumétricos.

CONCLUSÃO

REFERÊNCIAS BERNUCCI, Liedi, et. al. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro, 2010. ESTEVES, Arthur, et. al. Monografia de projeto final em engenharia civil. Universidade de Brasília, 2016. MAGALHÃES, Sidclei, et. al. Misturas asfálticas de módulo elevado para pavimentos de alto desempenho. Rio de Janeiro, 2004.

OLIVEIRA, José. Influência dos métodos de compactação Marshall e Superpave no desempenho de misturas asfálticas. Rio de Janeiro, 2014.