relatorio dosagem marshall e viscosidade
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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ
LUIZ ANTONIO MARTINS FILHO
ENSAIOS DE VISCOSIDADE, PENETRAÇÃO, PONTO
DE AMOLECIMENTO, DOSAGEM MARSHALL E CBR
MARINGÁ
27/11/2012
1. INTRODUÇÃO
Os ensaios relatados nesse trabalho são direcionados aos ligantes
asfálticos, e cada um, com seus parâmetros, indica se o ligante é próprio ou
impróprio para o uso.
A seguir, serão descritos os ensaios realizados, seus resultados e suas
respectivas analises.
2. VISCOSIDADE
2.1.Fundamentação teórica
Para a realização dos ensaios de viscosidade, podem ser utilizados
diversos modelos de ensaio, sendo os ensaios diferenciados pelo tipo de
equipamento utilizado. Os equipamentos utilizados nesse ensaio são os
viscosímetro.
No Brasil, o viscosímetro mais utilizado é o de Saybolt-furol, que também
foi o viscosímetro utilizado no nosso experimento.
O viscosímetro de Sabolt-furol compõe-se de um tubo com formato e
dimensões padronizadas, no fundo do qual fica um orifício de diâmetro 3,15 ±
0,02mm. O tubo, cheio de material a ensaiar, é colocado num recipiente com
óleo (banho) com o orifício fechado. Quando o material estabiliza na
temperatura exigida (25 a 170ºC dependendo do material e 135ºC para os
cimentos asfálticos), abre-se o orifício e inicia-se a contagem do tempo.
Desliga-se o cronômetro quando o líquido alcança, no frasco inferior, a marca
de 60ml. O valor da viscosidade é reportado em segundos Saybolt-Furol,
abreviado como SSF, a uma dada temperatura de ensaio.
A medida da viscosidade do ligante asfáltico é importante para a
determinação da consistência adequada que ele deve apresentar quando da
mistura com os agregados para proporcionar uma perfeita cobertura dos
mesmos e quando de sua aplicação no campo. Para isso é necessário se
obter, para cada ligante asfáltico, uma curva de viscosidade com a temperatura
que permita escolher a faixa de temperatura adequada para as diversas
utilizações. O ensaio de viscosidade tem como objetivo indicar a resistência do
CAP ao fluxo.
A norma que direciona a metodologia deste ensaio é a NBR 14491.
2.2.Resultados
Os resultados obtidos para este ensaio foram os seguintes:
EnsaioºC sSF
135 142150 70177 25
125 150 17510
100
Series2
temperatura ( C)
tem
po (s
SF)
Gráfico 1 – viscosidade em segundos Sabolt-furol variando com a
temperatura.
Calculo da viscosidade 75 e 95 sSF através da equação:
T CAP=T 75+(T 95−T75
2 )=149+( 144−1492 )=146,5ºC
T CAP=T 75+(T 95−T 75
2 )
2.3.Análises dos resultados
Conforme será melhor abordado no relatório referente a Dosagem
Marshall, A temperatura do ligante não deve ser inferior a 107ºC nem superior
a 177ºC quando a viscosidade se encontra dentro da faixa calculada ( 75 e 95
sSF). Também os agregados não podem ultrapassar esse valor, sendo que sua
temperatura deve ser de 10 a 15 graus acima da temperatura do ligante.
Assim, podemos concluir que o resultado obtido torna a amostra
adequada.
3. PENETRAÇÃO
3.1.Fundamentação teórica
A penetração é a profundidade, em décimos de milímetro, que uma
agulha de massa padronizada (100g) penetra numa amostra de volume
padronizado de cimento asfáltico, por 5 segundos, à temperatura de 25ºC, e
tem como objetivo determinar a dureza do CAP, sendo a consistência maior
quanto menor for a penetração da agulha.
Classifica-se a amostra da seguinte forma: CAPs 30/45, 50/70, 85/100,
150/200 segundo a nova especificação brasileira de cimento asfáltico de
petróleo (cap) (ANp, 2005). Quanto maior a faixa de penetração, maior a
viscosidade e mais sujeita esta a suscebilidade térmica.
O ensaio é realizado conforme a NBR 6576/98.
3.2.Resultados
Os resultados obtidos foram de acordo com a tabela 3.1:
Leitura Inicial
(0,1 mm)
Final
(0,1 mm)
Penetração
(0,1 mm)
1 189 281 92
2 196 299 103
3 191 274 83
4 193 279 86
5 201 284 83
6 196 230 34
7 194 267 73
8 195 265 70
Tabela 3.1 – Ensaio de penetração.
Através de um calculo feito em planilha encontrou-se o valor da média
das penetrações, excluindo o menor e o maior valor encontrado, encontrando
assim o valor da penetração (P) encontrada nesse ensaio.
P = 81,2 mm
3.3.Análises dos resultados
Com o valor de P = 81,2 mm, classificamos essa amostra de CAP em
85/100 pois é a faixa que mais se aproxima. No entanto, esse valor obtido não
deve ser aceito devido:
A temperatura do ambiente não estava adequadamente controlada;
O experimento foi realizado com fins didáticos e por pessoas
inexperientes;
Foi realizado um número de amostras superior ao necessário,
causando uma possível deformação na amostra.
4. PONTO DE AMOLECIMENTO
4.1.Fundamentação teórica
O ensaio de ponto de amolecimento tem como objetivo correlacionar a
temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condições
particulares e atinge uma determinada condição de escoamento.
Esse ensaio é utilizado para estimativa de suscetibilidade térmica, além
de também estar presente em especificações de asfaltos modificados e
asfaltos soprados.
Para o ensaio ser aceito, as temperaturas no momento que as esferas
tocam o fundo do recipiente não podem diferir de 1ºC.
A classificação do CAP quanto ao ponto de amolecimento é feita
conforme a tabela 4.1.
Tabela 4.1: Classificação do CAP pelo ponto de amolecimento.
CAP 30/45 50/70 85/100 150/200
Ponto de amol.
(°C) 52 46 43 37
O ensaio segue a metodologia segundo ABNT NBR 6576/98.
4.2.Resultados
Os resultados obtidos neste experimento estão na tabela 4.2.
Tabela 4.2 – ponto de amolecimento
Amostra Temperatura
(ºC)
01 40
02 40
4.3.Analise dos resultados
Como a diferença de temperatura foi inferior a 1ºC, o resultado é
aceitável. Quanto a classificação, classifica-se a amostra como 85/100, por ser
mais próximo dessa faixa.
5. DOSAGEM MARSHALL
5.1.Fundamentação teórica
A dosagem de uma mistura asfáltica consistem na determinação de um
teor ótimo de ligante a partir de uma faixa granulométrica definida. O método
de dosagem Marshall é o mais utilizado no Brasil.
Os parâmetros para a realização do ensaio são os seguintes:
Determinação das massas específicas reais do cimento asfáltico
de petróleo (CAP) e dos agregados a serem usados
Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada de acordo com a
mistura asfáltica.
Escolha da composição dos agregados, de forma a enquadrar a
sua mistura nos limites da faixa granulométrica escolhida.
Escolha das temperaturas de mistura e de compactação, a partir
da curva viscosidade-temperatura do ligante escolhido A
temperatura do ligante na hora de ser misturado ao agregado
deve ser tal que a sua viscosidade esteja situada entre 75 e
150SSF (segundos Saybolt-Furol), de preferência entre 75 e
95SSF ou 0,17±0,02Pa.s se medida com o viscosímetro
rotacional. A temperatura do ligante não deve ser inferior a 107ºC
nem superior a 177ºC. A temperatura dos agregados deve ser de
10 a 15ºC acima da temperatura definida para o ligante, sem
ultrapassar 177ºC. A temperatura de compactação deve ser tal
que o ligante apresente viscosidades na faixa de 125 a 155SSF.
Adoção de teores de asfalto para os diferentes grupos de CPs a
serem moldados. Cada grupo deve ter no mínimo 3 CPs.
Após o resfriamento e a desmoldagem dos corpos-de-prova,
obtêm-se as dimensões do mesmo (diâmetro e altura).
Determinam-se para cada corpo-de-prova suas massas seca
(MS) e submersa em água (MSsub). Com estes valores é
possível obter a massa específica aparente dos corpos-de-prova
(Gmb), que, por comparação com a massa específica máxima
teórica (DMT), vai permitir obter as relações volumétricas típicas
da dosagem.
A partir do teor de asfalto do grupo de CPs em questão (%a),
ajusta-se o percentual em massa de cada agregado.
A dosagem Marshall busca moldar corpos de prova com a mesma
granulometria, porém com teores de ligantes variáveis. Após a confecção e o
tempo de repouso adequado, o CP é rompido por uma prensa especial e se
extrai a carga do rompimento e a sua fluência (deformação). Deve obter
também a sua densidade, volume de vazios e a relação betume vazio. Os
valores devem ser comparados e obedecer faixas pré definidas para se
encontrar o teor ótimo de betume.
A norma que padroniza o ensaio é a DNER-ME 043/95.
5.2.Resultados
Através de cálculos realizados em sala, os resultados obtidos para este
ensaio é de acordo com as tabelas 5.1 e 5.2 abaixo.
Tabela 5.1.
Tabela 5.2
Através de cálculos feitos em planilha, chegou-se aos seguintes
resultados:
Tabela 5.3 – Valores de Carga Corrigida e Fluência
CP Carga (N)Fator de correção
Carga Corrigida (N)
Fluência (mm)
1 7125 1,05 7481 2,382 7344 1,11 8152 2,493 7598 1,11 8434 2,544 7602 1,16 8818 2,695 7452 1,13 8421 2,766 7011 1,17 8203 2,837 6984 1,15 8032 2,878 6581 1,19 7831 2,99
A seguir, os gráficos referentes aos dados obtidos:
Gráfico 5.1 – teor de ligante x volume de vazios.
1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.00.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
Teor de ligante (%)
Volu
me
de v
azio
s (%
)
Gráfico 5.2 – teor de ligante x densidade aparente.
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.02.49
2.50
2.51
2.52
2.53
2.54
2.55
2.56
2.57
2.58
2.59
Teor de ligante (%)
Dens
idad
e ap
aren
te (g
/cm
³)
Gráfico 5.3 – teor de ligante x RBV.
4.0 5.0 6.0 7.055.00
60.00
65.00
70.00
75.00
80.00
85.00
90.00
Teor de Ligante (%)
RBV
(%)
Gráfico 5.4 – teor de ligante x fluência.
4 5 6 72.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
Teor de ligante (%)
Fluê
ncia
(mm
)
Gráfico 5.5 – teor de ligante x estabilidade.
4 5 6 76500
7000
7500
8000
8500
9000
Teor de ligante (%)
Esta
bilid
ade
(N)
6. CBR
6.1.Fundamentação teórica
A espessura depende, além do tráfego do local, do índice de suporte
(CBR) do solo.
A capacidade de suporte de um solo compactado pode ser medida
através do método do índice de suporte, que fornece o “Índice de Suporte
Califórnia - ISC” (California Bearing Ratio - CBR).
Assim como grande parte dos métodos americanos, trata-se de um
ensaio empírico. Este ensaio é adotado por varios órgãos rodoviários, no Brasil
e no mundo e tem como objetivo determinar: O índice de suporte Califórnia
(CBR) e a expansão (E).
O ensaio CBR consiste na determinação da relação entre a pressão
necessária para produzir uma penetração de um pistão num corpo de prova de
solo, e a pressão necessária para produzir a mesma penetração numa mistura
padrão de brita estabilizada granulometricamente. Essa relação é expressa em
porcentagem.
Considera-se o experimento dividido em duas etapas: expansão e
penetração.
Na fase de expansão o corpo de prova fica imerso por 96 horas e mede-
se, em determinados intervalos de tempo a expansão em mm do corpo de
prova.
A fase de penetração é realizada após a de expansão com o objetivo de
determinar o valor do CBR.
O ensaio do Índice de Suporte Califórnia foi padronizado no Brasil pela
ABNT: NBR 9895/87. Outra norma de referência é a 049/94, que é a principal
referência para este experimento.
6.2.Resultados
Os resultados obtidos no ensaio de expansão e no ensaio de penetração estão tabelados a seguir.
Esses resultados são relativos ao cilindro 4 que possui altura de 11,39 cm.
Tabela 6.1: Dados do ensaio Expansão do CBR
LEIT. DIFERENÇA (%)1 1 -4 0,68 32,00
Ocorreu uma retração de 0,32 mm. Quando comparado com o valor da altura de 113,9 mm observou-se uma variação de 0,225 %.
Tabela 6.2: Dados do ensaio Penetração do CBR
PEN. TEMPO LEITURAPRESSÃO
CALCULADACBR (%)
0 0 0 0
0,63 0,5 2 0,821,27 1 3 0,941,90 1,5 4 1,052,54 2 5 1,16 1,663,17 2,5 6 1,273,81 3 7 1,394,44 3,5 8 1,505,08 4 9 1,61 2,306,35 5 11 1,847,62 6 13 2,068,89 7 15 2,2910,1
6 8 17 2,5211,4
3 9 18 2,6312,7
0 10 19 2,74
O CBR encontrado foi de 2,30%.
Gráfico 6.1
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.000.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
penetração (mm) x pressão (kgf/cm²)
Gráfico 6.1 : A pressão no eixo vertical pela penetração no eixo
horizontal.
A seguir encontra-se a tabela do peso específico aparente do solo seco
e da umidade para cada amostra dos cilindros ensaiados.
Tabela 6.3: Dados das Amostras em questão
CilindroPeso Esp. Ap. do solo seco (g/cm³)
Umidade(%)
13
1,6514,6
7
1 1,7195,0
3
2 1,8486,8
2
9 1,9888,3
5
3 2,0379,1
0
5 2,04410,
69
6 1,93412,
04
4 1,85213,
49
Com os dados acima, pode-se traçar a curva Peso específico aparente do solo seco x teor de umidade.
Gráfico 6.2
4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.001.6
1.65
1.7
1.75
1.8
1.85
1.9
1.95
2
2.05
2.1
Teor de umidade (%)
Peso
Esp
. Apa
rent
e do
solo
seco
(g/c
m³)
Gráfico 6.2 : Curva Peso Esp. Aparente do solo seco x Teor de umidade
Pelo gráfico pode-se observar que para o teor de umidade de 10% o peso específico aparente do solo seco é máximo, que vale aproximadamente 2,05 g/cm³.
6.3 Conclusão
O ensaio Índice de Suporte Califórnia ocorreu como esperado. Os
objetivos foram atingidos. Para o valor de peso especifico aparente de 2,05
g/cm³, encontrou-se um teor de umidade de 10%, o qual é definido como sendo
a umidade ótima para esse solo. Outras considerações a cerca do ensaio são:
O valor do CBR ou ISC encontrado para o cilindro 4 em questão
foi de 2,30%. Esse valor é um valor baixo, sendo o mais baixo de
todos, pois a umidade da amostra do cilindro 4, de 13,69%, não é
a umidade ótima para esse solo, sendo bem acima da mesma.
Como essa umidade está bem acima da ótima, durante o período
de ensaio de expansão, ouve uma retração de 0,32 mm no quarto
dia, o que equivale uma retração de 0,225% em comparação com
a altura do cilindro de 113,9 mm..
Devido ao fato de não ter sido feito observações das retrações
intermediarias, somente a inicial e final, não foi possível obter maiores
precisões no ensaio. Porém, pode-se considerar que o ensaio foi
realizado com sucesso, o qual é dar uma noção aos alunos de como se
faz a determinação do CBR segundo a DNER-ME 049/94.
REFERÊNCIAS
BERNUCCI, L.B; MOTTA, L.M.G; CERATTI, J.A.P; SOARES, J.B. –
Pavimentação Asfáltica, Formação Básica para Engenheiros. Rio de Janeiro
2008
http://geotecniaefundacoes.blogspot.com.br/2010/06/indice-de-suporte-
california-cbr.html, acesso em 26/11/2012 as 19:30
http://meusite.mackenzie.com.br/pavimento/PDF/Capacidade%20de
%20Suporte%20CBR.pdf, acesso em 26/11/2012 as 19:40
http://transportes.ime.eb.br/MATERIAL%20DE%20PESQUISA/
LABOTATORIO/LAB%20LIGANTES/
03_ensaios_cimento_asfaltico_04.htm#ViscosidadeSayboltFurol, acesso em
26/11/2012 as 20:00
______, DNER-ME 049/94 - Solos: determinação do Índice de
Suporte California utilizando amostras não trabalhadas. Rio de
Janeiro, 1994.
______, NBR 14491/07 - Emulsões asfálticas - Determinação da
viscosidade Saybolt Furol. Rio de Janeiro, 2007.
______, NBR 6576/98 – material betuminoso – determinação da
penetração. Rio de Janeiro, 2007.
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