misturas betuminosas para camadas de pavimentos … · 7 misturas betuminosas agregados...

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Misturas BetuminosasAgregados

Universidade do Minho Departamento de Engenharia Civil

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Carlos Palha, 2008

Características Fundamentais das Misturas Betuminosas

• Estabilidade

• Durabilidade

• Flexibilidade

• Resistência à fadiga

• Aderência

• Impermeabilidade

• Trabalhabilidade

Misturas Betuminosas para Camadas de Pavimentos Rodoviários



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Carlos Palha, 2008

• Estabilidadeo Capacidade para resistir às deformações permanentes produzidas pelas cargas, em determinadas condições de aplicação.

o Cargas lentas, temperaturas elevadas: principal contribuição é devida àcomposição do agregado.

o Cargas rápidas, temperaturas reduzidas: alguma contribuição do betume.

o Resistência depende essencialmente da fricção interna dos materiais (granulometria dos agregados, da forma das partículas, da densidade da mistura e da quantidade e tipo de betume) e da sua coesão.

• Durabilidade

o Resistência à desagregação causada pelas solicitações climáticas e pelo tráfego –resistência ao envelhecimento (resistência ao fendilhamento a baixas temperaturas).

o Maior quantidade de betume, maior durabilidade da mistura.

o Materiais de granulometria contínua, bem compactados (misturas impermeáveis).

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Carlos Palha, 2008

• Flexibilidadeo Capacidade para se adaptar gradualmente aos movimentos do seu suporte.

o Aumento da percentagem de betume; forma arredondada da fracção arenosa do agregado.

o Utilização de agregados de granulometria relativamente aberta.

• Resistência à fadigao Passagem repetida de veículos – extensões de tracção nos materiais ligados

o Misturas densas têm um melhor desempenho que as abertas.

o Materiais bem graduados: utilização de elevadas % de betume. • Aderência

o Não utilizar betume em excesso.

o Agregados com textura superficial rugosa: maior micro-rugosidade.

o Macrotextura elevada: maior segurança com chuva.



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Carlos Palha, 2008

• Impermeabilidade

o Resistência à passagem da água e do ar através das camadas do pavimento – durabilidade da mistura.

o Reduzir a interligação dos vazios e o seu contacto com a superfície do pavimento.

• Trabalhabilidade

o Facilidade de aplicação e compactação da mistura.

o Procura de maior estabilidade, por vezes dificulta a trabalhabilidade.

o Respeito pelas regras de operação dos equipamentos e a correcta formulação da mistura.

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Carlos Palha, 2008

Características Físicas das Misturas Betuminosas

Vt

Mv≈0

Mb

Mt

Ma

Volumes

VvVMA

Vb

Va

Massas

Ar

Betume

Agregado

Vv

Vb Va

•Va - volume de material agregado (cm3)•Vb - volume de betume (cm3)•Vv - volume de vazios (cm3)•Vt - volume total (cm3)

• Ma - massa de material agregado (g)• Mb - massa de betume (g)• Mv - massa dos vazios (desprezável)• Mt - massa total (g)



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Carlos Palha, 2008

Relações entre massas ou volumes nas misturas betuminosas(indicação da durabilidade e desempenho)

Vazios da mistura de agregados (porosidade sem betume) VMA = Vb + Vv

Compacidade da mistura = Va + Vb

• Massa Volúmica a

as V

M=ρ

• Teor em Betume (relação em massa) a

bb M

Mt x 100=

• Percentagem de Betume t

bb M

M x 100p =

• Grau de saturação em betume (Sbt) – proporção de VMA ocupados pelo betume

100 xVMA

V100 x

V+VV

S b

bv

bbt ==

• Porosidade (% de vazios da mistura) 100xnmax

tmax

ρρ−ρ

=

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Carlos Palha, 2008

Formulação de Misturas Betuminosas - Método de Marshall

• Características físicas exigíveis aos agregados.

• Definição da curva granulométrica (fuso especificado pelos cadernos de encargos)

• Obtenção do material pretendido: misturar várias fracções de agregado, finos e grossos, produzindo um material que respeite as especificações.

• Problema a resolver: quais as proporções deve entrar cada uma das fracções, de modo a obter uma curva com um andamento próximo da curva de referência (curva média do fuso especificado).

• Estabelecer tantas equações quantas as fracções granulométricas a usar, impondo-se condições em diversos diâmetros, “di”, pré-seleccionados:

• P (d) = p1 A + p2 B+ ... + pi Agionde, P(d): percentagem de material que passa no peneiro considerado para a combinação de agregados A, B, ..., Agi;A, B, ..., Agi: percentagem de material passado no peneiro considerado para os agregados A, B, ..., Agi;p1, p2, ..., pi: proporções dos agregados, A, B, ..., Agi, usadas na mistura e cuja soma é igual à unidade (soluções procuradas).



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Carlos Palha, 2008

Formulação de Misturas Betuminosas – EN 13108-1 (Anexo Nacional)

Formulação baseada no método de marshallQuadro resumo com as características que a mistura a formular deve ter.

8000 a 15000 N Força de rotura

75Numero de pancadas em cada face

4 mmDeformação máxima

1.1 a 1.5Relação ponderalfiler/betume

75%Resistência conservada,

mínima

≥ 14%VMA

4%a 6%Porosidade

5% a 6%Teor em betume

10 mm ou 14mmMax. Dim dos agregados

Valor especificadoCaracterística

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MarshallFormulação de Misturas Betuminosas – EN 13108-1 (Anexo Nacional)

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Após determinação do teor teórico (baseado na superfície específica dos agregados), devem ser confeccionadas 2 amassaduras abaixo do teor teórico, duas acima e uma com o teor teórico, todas elas com um 0.5% de diferença em termos de teor em betume entre elas

Procedimentos

Agregados

Betume

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Marshall - ProcedimentosFormulação de Misturas Betuminosas – EN 13108-1 (Anexo Nacional)

Videomistura

Videocompactação



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Marshall - ProcedimentosFormulação de Misturas Betuminosas – EN 13108-1 (Anexo Nacional)

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Determinação das características volumétricas das misturas


Determinação da Baridade Máxima Teórica (BMT) – Procedimento A da EN 12697-5

Onde:m1 – peso do picnómetrom2 – peso do picnómetro com amostram3 – peso do picnómetro com amostra e cheio de águaVp – volume do picnómetroρw – densidade da água



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Carlos Palha, 2008


Determinação da Baridade Máxima Teórica (BMT) – Procedimento A da EN 12697-5

Determinação das características volumétricas das misturas (EN 12697-8)

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Determinação da Baridade Aparente – EN 12697-6

Método A: Baridade – a secoa) Determinar a massa do provete seco (m1). No caso do ensaio de provetes húmidos, a etapa a) deverá ser efectuada após as etapas b) a d).b) Determinar a massa volúmica da água à temperatura de ensaio com aproximação a 0,1kg/m3 (ρw).c) Imergir o provete no banho de água a uma temperatura de ensaio conhecida.d) Determinar a massa do provete, imediatamente após a água ter estabilizado após imersão (m2).

é a baridade a seco, em quilogramas por metro cúbico (kg/m3);m1 é a massa do provete seco, em gramas (g);m2 é a massa do provete em água, em gramas (g);ρw é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em quilogramas por metro cúbico (kg/m3), com aproximação a 0,1 kg/m3.

wbdry xmm

mρρ

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1

−=




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Determinação da Baridade Aparente – EN 12697-6Método B: Baridade – provete saturado com a superfície seca (SSD)a) Determinar a massa do provete seco (m1). No caso do ensaio de provetes húmidos, a etapa a) deverá ser efectuada após as etapas b) a f).b) Determinar a massa volúmica da água à temperatura de ensaio com aproximação a 0,1kg/m3 (ρw), de acordo com o Quadro 1.c) Imergir o provete no banho de água a uma temperatura de ensaio conhecida. Deixar a água saturar o provete durante um período de tempo suficiente até a massa do provete não sofrer alteração.NOTA Geralmente, o período de saturação é de pelo menos 30 min.d) Determinar a massa do provete saturado quando imerso (m2), tomando as precauções necessárias para evitar que bolhas dear adiram à superfície do provete ou deixem o provete durante a pesagem.

e) Remover o provete da água e secar as gotas da superfície com uma camurça húmida.f) Se o provete ainda drenar água do seu interior, adoptar o Método C (provete selado)g) Determinar, através de pesagem ao ar, a massa do provete saturado com a superfície seca imediatamente após a secagem (m3).

wbssd xmm

mρρ

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1

−=

em que:ρbssd é a massa volúmica (SSD), em quilogramas por metro cúbico (kg/m3);m1 é a massa do provete seco, em gramas (g);m2 é a massa do provete em água, em gramas (g);m3 é a massa do provete saturado com a superfície seca, em gramas (g);ρw é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em quilogramas por metro cúbico (kg/m3), com aproximação a 0,1 kg/m3.

bssdρbssdρbssdρbssdρ


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Método C: Baridade –provete seladoDeterminar a massa do provete seco (m1).Determinar a massa volúmica da água à temperatura de ensaio com aproximação a 0,1kg/m3 (ρw), de acordo com o Quadro 1.Selar o provete de forma a que os vazios internos do provete que fazem parte da sua composição volumétrica não sejam preenchidos e que não surjam vazios adicionais entre o selante e o provete ou nos vincos do selante. Após este procedimento, o provete deve ficar inacessível à água quando submerso.Determinar a massa do provete seco e selado (m2).Mergulhar o provete no banho de água mantido à temperatura de ensaio conhecida.Determinar a massa do provete selado imerso em água (m3), tomando as precauções necessárias para evitar a adesão debolhas de ar ao selante durante a pesagem.


( ) smwbsea mmmm

mρρ

ρ/)(/ 1232

1

−−−=

⋅

ρbsea é a baridade do provete selado, em quilogramas por metro cúbico (kg/m3);m1 é a massa do provete seco, em gramas (g);m2 é a massa do provete selado seco, em gramas (g);m3 é a massa do provete selado em água, em gramas (g);ρw é a massa volúmica da água à temperatura de ensaio, em quilogramas por metro cúbico (kg/m3), com aproximação a 0,1 kg/m3.ρsm é a massa volúmica do material selante à temperatura de ensaio, expressa em quilogramas por metro cúbico (kg/m3) com aproximação a 10 kg/m3.




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Determinação do índice de sensibilidade à água – EN 12697-12 - Procedimentos


100w

d

ITSITSRITS

= ×

Legenda:1 – Prato superior2 – Apoios em aço3 – ProveteF – Aplicação da força

Esquema do ensaio para determinação da resistência à tracção indirecta



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O ensaioDeterminação do índice de sensibilidade à água – EN 12697-12

68 a 72 hrs em agua a 40ºC 2 hrs em agua a 15ºC

50mm/mintTipos de rotura

Dispositivo de tracção indirecta

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Resistência às deformações permanentes (Wheel Tracking) – EN 12697-22 Procedimento

Força aplicada na roda

Oscilação da mesa

Provete/amostra

Roda de borracha

Mesa sobre carris

F

Esquema do ensaio para determinação da resistência à deformação permanente

0.0

0.2

0.4

0.6

0.81.0

1.2

1.4

1.6

1.8

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Número de ciclos

Def

orm

ação

per

man

ente

(mm

).. BB 0/14SMA 0/11MBR-BB 0/12

Resultados de ensaios a 3 misturas diferentes



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Resistência às deformações permanentes (Wheel Tracking) – EN 12697-22O ensaio

Vídeo Vídeo2 WTT UM

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Carlos Palha, 2008

Determinação do módulo de deformabilidade em misturas betuminosas – EN 12697-26

εσ

=E Ll

=ε

AreaF

=σ

Alguns esquemas de ensaio

possíveis em materiais

betuminosos

Lei de Hook

εσ ×= E



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Carlos Palha, 2008

Determinação do módulo de deformabilidade em misturas betuminosas – EN 12697-26

1000

3000

5000

7000

9000

11000

13000

15000

0 10 20 30

Temperatura (ºC)

Mód

ulo

rigi

dez

(MPa

)

BB 0/14

SMA 0/11

MBR-BB 0/12

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

0.1 1 10Frequência (Hz)

Mód

ulo

de r

igid

ez (M

Pa) BB 0/14

SMA 0/11

MBR-BB 0/12

Relação tensão/extensão e ângulo de fase

Variação do módulo com a freqência

Variação do módulo com a temperatura

4PBT;8Hz e 20ºC (NP EN 13108-20)

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Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos – EN 12697-24

18 vigas10 Hz3 níveis de extensãofadiga ente 1E4 e 2E6 ciclos



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Carlos Palha, 2008

Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos – EN 12697-24 (II)

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Carlos Palha, 2008

Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos – EN 12697-24 (III)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Nº de ciclos

Mód

ulo

de d

efor

mab

ilida

de (M

Pa)

Einicial

E50%

Vida à Fadiga

εt = 2449.0 × N-0.1961

R2 = 0.924

εt = 3649.3 × N-0.2068

R2 = 0.983

εt = 2730.9 × N-0.1796

R2 = 0.949

100

1000

1.0E+04 1.0E+05 1.0E+06 1.0E+07Número de ciclos

Ext

ensã

o de

trac

ção

(E-6

)

BB 0/14SMA 0/11

MBR-BB 0/12

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