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Linha de Pesquisa: Pavimentação

Bolsista: Rafael de Azevedo Nunes Cunha

RELÁTORIO FINAL DA PESQUISA

Estudo da metodologia Marshall faixa 2 da aeronáutica

Orientador: Prof. Dr. John Kennedy Guedes Rodrigues (DEC/UFCG)

Junho - 2010

Lista de Figuras

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDECENTRO DE CIÊNCIAS E RECURSOS NATURAIS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

Figura 1 – Pavimentação Asfaltica................................................................................................. 8

Figura 2 – Exemplos de compactadores Marshall.......................................................................... 10

Figura 3 – Seqüência De Fotos Do Processo De Quarteamento Das Amostras De Agregados.....

Figura 4 – Curva de Fuller da Mistura 01.......................................................................................



Figura 7 – Teor de asfalto versus Vv e RBV – Mistura 01............................................................

Figura 8 – Volume de vazios versus Tótimo – Mistura 01...............................................................

Figura 9 – Estabilidade versus Tótimo – Mistura 01........................................................................

Figura 10 – RBV versus Tótimo – Mistura 01..................................................................................

Figura 11 – Curva VAM versus Tótimo – Mistura 01.....................................................................

Figura 12 – Teor de asfalto versus Vv e RBV – Mistura 02..........................................................

Figura 13 – Volume de vazios versus Tótimo – Mistura 02.............................................................

Figura 14 – Estabilidade versus Tótimo – Mistura 02......................................................................



Figura 17 – Teor de asfalto versus Vv e RBV – Mistura 03..........................................................

Figura 18 – Volume de vazios versus Tótimo – Mistura 03.............................................................

Figura 19 – Estabilidade versus Tótimo – Mistura 03......................................................................



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Lista de Tabelas

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Tabela 1 – Diferenças entre pavimentos rodoviários e de aeroportos...........................................

Tabela 2 – Normas utilizadas para caracterização dos agregados e filer.......................................

Tabela 3 – Normas dos ensaios de caracterização física das amostras de cap...............................

Tabela 4 – Distribuição Granulométrica da Mistura 01.................................................................



Tabela 7 – Teores de ligantes utilizados nas misturas...................................................................

Tabela 8 – Proporções das Britas (25;19;9,5), Pó de Pedra e Filler nas Misturas 01, 02 e 03......

Tabela 9 – Resultados por mistura.................................................................................................

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Sumário

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1. INTRODUÇÃO..................................................................................................................3

2. OBJETIVOS.......................................................................................................................3

2.2. Específicos...................................................................................................................3

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.....................................................................................3

3.1. Pavimentos de Aeroportos.........................................................................................3

3.2. Dosagens de Misturas Asfálticas..................................Erro! Indicador não definido.

3.3. Dosagem Marshall......................................................................................................3

4. METODOLOGIA..............................................................................................................3

4.1. Caracterização Física.................................................................................................3

5. DOSAGEM DAS MISTURAS ASFÁLTICAS.................................................................3

5.1. Misturas Asfálticas.....................................................................................................3

6. CARACTERIZAÇÃO MECANICA................................................................................3

6.1. Ensaio Marshall..........................................................................................................3

7. RESULTADOS...................................................................................................................3

7.1. Dosagem de Mistura...................................................................................................3

7.1.1. Metodologia Marshall........................................................................................3

8. CONCLUSÃO....................................................................................................................3

9. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA..................................................................................3

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1. INTRODUÇÃO

Com a necessidade de vencer longas distâncias em períodos de tempo menores, o uso do transporte modal aéreo vem apresentando um expressivo crescimento. De acordo estimativa de 2008 (IBGE, 2008), o Brasil apresenta cerca de 189,6 milhões de habitantes, distribuídos irregularmente sobre 8.511.965 quilômetros quadrados de continente. O país é dotado de uma malha rodoviária mal conservada, com ferrovias escassas e uma rede fluvial de baixa utilização, o que torna o modal aéreo uma alternativa relevante de deslocamento e, às vezes, a única de acesso a determinadas regiões.

Segundo a ANAC (2008), na região Nordeste existe 144 aeródromos, entre públicos e militares. Com o crescimento nessa modalidade de transporte torna-se necessário que os aeródromos apresentem uma maior vida útil e melhor desempenho nas características físicas e mecânicas dos revestimentos utilizados.

Segundo Bezerra Neto (2004), a granulométrica dos agregados é um dos elementos que exerce grande influência no comportamento das misturas asfálticas, visto que ela afeta quase todas as propriedades físicas e mecânicas da mistura. A escolha adequada da granulométrica da mistura pode prover um bom comportamento mecânico, principalmente em relação à deformação permanente, trincamento e outras patologias prematuras.

Segundo Roberts et al. (1996), são as propriedades físicas dos agregados que determinam principalmente a adequação para o uso em misturas asfálticas e, em menor extensão, as propriedades químicas, pois essas têm pequenos efeitos sobre o desempenho da mistura, salvo quando afetam a adesividade do ligante asfáltico aoagregado e a compatibilidade com o aditivo (dope) que pode ser incorporado ao ligante.

Devido ao baixo investimento na infra-estrutura aeroviária no país, suas normas apresentaram poucas modificações, a respeito das misturas asfálticas para revestimento em aeródromos. Diante deste cenário e sabendo-se da importância do papel da composição granulométrica das misturas nas características físicas e mecânicas das mesmas, foi desenvolvida esta pesquisa visando-se analisar a variação das propriedades de algumas misturas betuminosas usinadas a quente, influenciadas pela granulométrica dos agregados, situadas próximos dos limites da Faixa 2 preconizada pela aeronáutica.

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2. OBJETIVOS

2.1. Geral

Estudar a influência da granulométrica dos agregados dentro de uma mesma faixa, a Faixa 2 adotada pela Aeronáutica, sobre as características volumétricas e mecânicas das misturas betuminosas para revestimentos de pistas de aeródromos.

2.2. Específicos

- Determinar a variação média do teor de projeto do ligante em função da granulométrica dos agregados.

- Determinar a granulométrica que mais pode ocasionar patologias prematuras ao revestimento;

- Propor alterações nos intervalos da Faixa 2 da Aeronáutica, caso a pesquisa aponte para essa necessidade.

3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1. Pavimentos de Aeroportos

É evidente que existem diferenças expressivas entre as características dos

pavimentos aeroportuários e rodoviários, haja vista possuírem utilizações distintas. Nos

aeroportos, em contraposição ao que ocorre nas rodovias, um número menor de

solicitações com cargas atuantes mais pesadas é verificado.

Yoder e Witczak (1975), além de Medina e Motta (2005), mostram essas

diferenças das pistas e dos veículos em rodovias e aeroportos, principalmente com

relação às características geométricas, cargas, frequência de repetições e distribuição

nas pistas, pressão dos pneumáticos, ação de frenagem, dentre outras ( Tabela 1 ) .

Os pavimentos aeroportuários devem possuir, na opinião de Argue (2005), as

seguintes características de qualidade operacional:

a) resistência estrutural: capacidade de suportar as cargas do tráfego;

b) resistência à derrapagem;

c) condição de rolamento; e

d) integridade estrutural.

O método de dimensionamento FAA assume como carga de solicitação 95% do

peso máximo da aeronave na decolagem, e baseia-se no método do CBR, para

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dimensionamento dos pavimentos flexíveis, e na teoria de Watergaard, para pavimentos

rígidos.

Esta pesquisa está focada apenas no estudo do revestimento com mistura

asfálticas, não sendo abordados, portanto, aspectos relacionados ao dimensionamento do

pavimento para aeródromos, sabendo-se que a espessura do revestimento é especificada

de acordo com o tipo da aeronave de projeto. No Brasil, as especificações dos

revestimentos com misturas asfálticas são estabelecidas pela Aeronáutica, tendo a

INFRAERO como órgão fiscalizador das obras de infra-estruturas aéreas.

3.2. Dosagem Marshall

O ensaio Marshall foi desenvolvido em 1939 pelo Departamento de Estradas e

Rodagem do estado do Mississipi (E.U.A.), por Bruce Marshall, com o objetivo de

determinar um método de compactação em laboratório eficiente. Assim foi necessário

construir um grande número de pistas experimentais, nas quais variavam a porcentagem

de asfalto, a granulométrica do agregado e as cargas. Desse estudo, o U.S Corps of

Engineers estabeleceu critérios levando em conta a estabilidade da mistura, massa

especifica aparente, vazios preenchidos e não preenchidos, além da fluência, obtidos

através do ensaio Marshall, para determinação do teor de projeto do ligante (SENÇO,

2001).

A variabilidade nos valores dos parâmetros físicos dos corpos-de-prova (massa

específica, volume de vazios e relação betume vazios), inerente ao ensaio Marshall, é

relativamente baixa nas misturas para concreto asfáltico. Por outro lado, as dispersões

geralmente encontradas nos parâmetros de resistência mecânica da mistura, avaliados

através da estabilidade e da fluência Marshall são mais significativas.

4. METODOLOGIA

A seguir será apresentado o programa experimental desenvolvido durante a

pesquisa, onde serão apresentados os aspectos referentes aos materiais selecionados e

aos métodos e especificações empregados para a realização dos ensaios.

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4.1. Caracterização Física

Para a realização da caracterização física dos agregados, estes serão coletados

em campo, segundo a norma PRO 120/97, do DNIT, e efetuada a redução das amostras

pelo procedimento de quarteamento.

Figura 1 – Seqüência De Fotos Do Processo De Quarteamento Das Amostras De

Agregados.

Os ensaios para determinação das distribuições dos tamanhos das partículas,

realizados a partir do ensaio de análise granulométrica por peneiramento, e a

determinação das massas especificas real e aparente dos agregados serão realizados de

acordo com as normas descritas na Tabela 2.

Também será utilizado o equipamentos de análise granulométrica por difração

de laser (equipamento CILAS 1064), em função da confiabilidade de resultados que

esse método proporciona. A análise granulométrica por difração de laser utiliza o

método de dispersão de partículas em fase líquida associado com um processo de

medida óptica através de difração de laser. Neste método, é combinada a relação

proporcional entra a difração do laser e a concentração e tamanho de partículas (Tabela

2 ).

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Tabela 1 - Normas Utilizadas Para Caracterização Dos Agregados e Filer

Na Tabela 3 estão inseridas as normas adotadas para a realização dos ensaios de

caracterização física das amostras de CAP.

Tabela 2 - Normas Dos Ensaios De Caracterização Física Das Amostras De CAP

5. DOSAGEM DAS MISTURAS ASFÁLTICAS

5.1. Misturas Asfálticas

Nesta pesquisa foram utilizadas três misturas diferentes, tendo como referência a Faixa 2 de granulometria preconizada pelo aeronáutica, e, como faixa auxiliar, a Faixa 2 da P-401 (FAA). Essas misturas foram determinadas com a preocupação, além dos objetivos iniciais, de estudar também os limites dessa faixa e propor possíveis modificações, caso sejam necessárias nos intervalos da Faixa 2 da aeronáutica.

A Mistura 01 apresenta uma granulométrica densa, na qual foram utilizadas as seguintes proporções de agregados em peso: 15% de brita 25, 17% de brita 19, 15% de pedrisco 3/8” e 48% de pó-de-pedra. Como material de preenchimento, foi utilizado 5% da cal hidratada tipo CH-I. A tabela 4 e a Figura 4.0 mostram as distribuições granulométricas dos agregados e a granulométrica da mistura 01, bem como o gráfico da curva com os limites da Faixa 2 da Aeronáutica.

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Tabela 3 – Distribuição Granulométrica da Mistura 01.

Figura 4 – Curva de Fuller da Mistura 01.

A Mistura 02 apresenta uma granulométrica próxima do limite superior da faixa de referência, sendo uma mistura caracterizada pela utilização de uma maior porcentagem de materiais com tamanho de partículas menores, podendo ser chamada de uma mistura de “granulométrica fina”. Nessa mistura foram utilizadas as seguintes proporções de agregados em peso: 10% de brita 25, 18% de brita 19, 32% de pedrisco 3/8”, 35% de pó-de-pedra e 5% da cal hidratada tipo CH-I. O Quadro 1.1 e a Figura 5.0 mostram as distribuições granulométricas dos agregados, bem como o gráfico da curva granulométrica da mistura 02 com os limites da faixa 2 da Aeronáutica, P-402.

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Tabela 4 – Distribuição Granulométrica da Mistura 02.


A curva granulométrica da mistura 03 se encontra abaixo do limite inferior da faixa 2 da aeronáutica, bem próxima do limite inferior da faixa 2 preconizada pela Agencia Federal Americana de Aeronáutica FAA, apresentado uma “granulométrica grossa”, com uma maior proporção de partículas de tamanho maiores, sendo a proporção utilizada de agregados em peso: 36% de brita 25 , 25% de pedrisco 3/8”,

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34% de pó-de-pedra e 5% de filler, a mesma cal hidratada das duas misturas anteriores. As curvas granulométricas das misturas estudadas, bem como os limites da faixa 2 da aeronáutica e P-401 (FAA). O Quadro 1.2 e a Figura 6.0 mostram as distribuições granulométricas dos agregados, bem como o gráfico da curva granulométrica da mistura 03, com os limites da faixa 2 da Aeronáutica, P-402.

Tabela 5 - Distribuição Granulométrica da Mistura 03.


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6. CARACTERIZAÇÃO MECANICA

6.1. Ensaio Marshall

O ensaio Marshall foi realizado de acordo com a norma ME-043/95 DNIT, cujos

procedimentos estão esquematizados na seqüência do ensaio contido no fluxograma 1.

Fluxograma 1 – Seqüência Do Ensaio De Marshall.

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A metodologia de dosagem Marshall possui diferentes interpretações para a determinação do teor de projeto, sendo esse o teor que a mistura apresenta os melhores desempenho e comportamento. O ensaio foi realizado com as três granulométricas diferentes. Para uma melhor didática, o ensaio foi dividido em três etapas, as quais são descritas a seguir:

Primeira etapa:

Nesta etapa foram determinadas as massas especificas reais e aparentes dos agregados e do material de preenchimento em estudo, bem como o do cimento asfáltico, valores esses mostrados no próximo capitulo desta pesquisa.

Segunda etapa:

Foi realizada a preparação dos CPs, iniciando-se pela pesagem dos agregados, de acordo com as proporções das misturas mostradas nos Quadros 1.0,1.1 e 1.3 onde foram moldados três corpos de prova para cada teor de ligante, sendo que para cada mistura foram utilizados os teores mostrados no Quadro 2.1, totalizando quinze CPs para cada mistura.

Tabela 6 - Teores de ligantes utilizados nas misturas.

O teor de ligante estimado para a mistura 02 foi maior devido ao fato da sua granulométrica apresentar uma maior proporção de partículas pequenas (granulométrica fina).

Terceira etapa:

Foi realizada a compactação das misturas com 75 golpes em cada face do CP, utilizando-se para isso o compactador Marshall Mecânico, com o propósito de eliminar possíveis interferências ocasionadas pelo ritmo do operador. Na compactação manual, segundo Aldigueri et al. (2001), a utilização de um mesmo procedimento e apenas variando a forma de compactação, obteve-se uma diferença de 0,6% no teor de projeto para uma mesma mistura analisada, visto que corpos de prova compactados manualmente com uma maior freqüência de golpes pode produzir misturas com massas especificas aparentes maiores que os compactados mecanicamente.

7. RESULTADOS

7.1. Dosagem de Mistura

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7.1.1. Metodologia Marshall

O ensaio Marshall foi realizado segundo a norma ME 043/95, preconizada pelo DNIT, com objetivo de determinar o teor de projeto de ligante para cada mistura estuda, esse teor foi selecionado através dos critérios da aeronáutica, com relação à Estabilidade, volume de vazios, relação betume vazios e vazios de agregados minerais.

Dosagem das Misturas

Tabela 7 – Proporções das Britas (25;19;9,5), Pó de Pedra e Filler nas Misturas 01, 02 e 03.

MISTURA 01 (%) MISTURA 02 (%) MISTURA 03 (%)BRITA 25 mm 15 10 36BRITA 19 mm 17 18 -BRITA 9,5 mm 15 32 25PÓ DE PEDRA 48 35 34FILLER 5 5 5

Mistura 01

A mistura 01 apresenta uma granulometria contínua e enquadrada na faixa 2 da aeronáutica, cuja mistura apresenta os seguintes agregados na sua composição e proporções em massa na tabela 4.

Teor de Projeto ( Ótimo )

Com os dados do gráfico 1.0 calculamos o teor de projeto com seguinte formula:

Onde: X1 = 4,05 X2 = 4,72 Totimo = 4,4 %

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Figura 7 – Teor de asfalto versus Vv e RBV – Mistura 01Volume de Vazio (Vv)

O valor do volume de vazio se tem pela analise do gráfico 1.1, tendo seu seu resultado no valor de 2,8 , onde o mesmo está dentro do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 2,8.

Figura 8 – Volume de vazios versus Tótimo – Mistura 01

Estabilidade

O valor do Estabilidade se tem pela analise do gráfico 1.2, tendo seu resultado no valor de 1750,0 Kfg , onde o mesmo está dentro do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 955 Kfg.

Figura 9 – Estabilidade versus Tótimo– Mistura 01

Relação de Betume Vazios (RBV)

O valor da Relação de Betume Vazios (RBV) se tem pela analise do gráfico 1.3, tendo seu resultado no valor de 80 % , onde o mesmo está dentro do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 70 %.

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Figura 10 – RBV versus Tótimo– Mistura 01

Vazios de Agregados Minerais (VAM)

O valor de Vazios de Agregados Minerais (VAM) se tem pela analise do gráfico 1.4, tendo seu resultado no valor de 12,8 % , onde o mesmo está fora do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 14 %.

Figura 11 – VAM versus Tótimo – Mistura 01

Mistura 02

A mistura 02, que está enquadrada no limite superior da faixa 2 da aeronáutica, possui “granulométrica fina”, sendo constituída pelos agregados nas seguintes proporções na tabela 4.


Com os dados do gráfico 2.0 calculamos o teor de projeto com a equação 1.0

Equação – 1.0

Onde: X1 = 4,21 X2 = 5,15 Totimo = 4,7 %

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Figura 12 – Teor de asfalto versus Vv e RBV – Mistura 02

Volume de Vazio (Vv)

O valor do volume de vazio se tem pela analise do gráfico 2.1, tendo seu seu resultado no valor de 4,1 , onde o mesmo está dentro do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 2,8.

Figura 13 – Volume de vazios versus Tótimo – Mistura 02

Estabilidade


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Figura 14 – Estabilidade versus Tótimo – Mistura 02



Figura 15 – RBV versus Tótimo – Mistura 02


O valor de Vazios de Agregados Minerais (VAM) se tem pela analise do gráfico 2.4, tendo seu resultado no valor de 15,2 % , onde o mesmo está dentro do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 14 %.

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Figura 16 – VAM versus Tótimo – Mistura 02

Mistura 03

A Mistura 03 apresenta uma “granulometria grossa”, e sua curva granulométrica foi enquadrada abaixo do limite inferior da faixa 2 da aeronáutica, e bem próximo do limite inferior da faixa 2 preconizada pela Agencia Federal Americana de Aeronáutica FAA sendo constituída pelos agregados nas seguintes proporções na tabela 4.


Com os dados do gráfico 3.0 calculamos o teor de projeto com a equação 1.0

Equação – 1.0

Onde: X1 = 4,24 X2 = 4,61 Totimo = 4,45 %

Figura 17 – Teor de asfalto versus Vv e RBV

Volume de Vazio (Vv)

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O valor do volume de vazio se tem pela analise do gráfico 3.1, tendo seu seu resultado no valor de 1,5 % , onde o mesmo está fora do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 2,8 %.

Figura 18 – Volume de vazios versus Tótimo

Estabilidade


Figura 19 – Estabilidade versus Tótimo



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Figura 20 – RBV versus Tótimo


O valor de Vazios de Agregados Minerais (VAM) se tem pela analise do gráfico 3.4, tendo seu resultado no valor de 12,2 % , onde o mesmo está fora do critérios da FAA, o qual tem o valor mínimo de 14 %.

Figura 21 – VAM versus Tótimo

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8. CONCLUSÃO

Tabela 8 – Resultados por mistura

MisturaCritério da FAA 1 2 3

Teor Ótimo - 4,40 4,70 4,45Volume de Vazios % (Vv) 2,80 2,80 4,10 1,50Estabilidade Kfg 955,00 1.750,00 1.010,00 1.100,00Relação Betumo Vazios % (RBV) 70,00 80,00 75,00 85,00Vazios Agregado Minerais % (VAM) 14,00 12,80 15,20 12,20

Analisando a tabela 9, concluímos que os resultados foram satisfatórios dentro os parâmetros da aeronáutica e da FAA.

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9. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

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Janeiro, 1994.

DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 133/94.

Determinação do Módulo de Resiliência . Rio de Janeiro, 1998.

DNIT – Departamento Nacional de Infra-Estrutura e Transportes, ME 043/95. Ensaio

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