Misturas Betuminosas para Camadas de Pavimentos … · 7 Misturas Betuminosas Agregados...
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Misturas BetuminosasAgregados
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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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• 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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• 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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• 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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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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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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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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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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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
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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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Formulação de Misturas Betuminosas – EN 13108-1 (Anexo Nacional)
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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−=
Determinação das características volumétricas das misturas (EN 12697-8)
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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
Determinação das características volumétricas das misturas (EN 12697-8)
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Determinação da Baridade Aparente – EN 12697-6
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.
bssdρbssdρbssdρbssdρ
( ) 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.
Determinação das características volumétricas das misturas (EN 12697-8)
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Determinação da Baridade Aparente – EN 12697-6
bssdρbssdρbssdρbssdρ
Determinação das características volumétricas das misturas (EN 12697-8)
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Formulação de Misturas Betuminosas – EN 13108-1 (Anexo Nacional)
Determinação do índice de sensibilidade à água – EN 12697-12 - Procedimentos
bssdρbssdρbssdρbssdρ
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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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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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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Determinação da vida à fadiga em misturas betuminosas, pelo método de flexão em 4 pontos – EN 12697-24 (II)
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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