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1

Departamento de Engenharia Civil e Arquitectura

MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL

VIAS DE COMUNICAÇÃO

11/20/20

VIAS DE COMUNICAÇÃOLuís de Picado Santos([email protected])

Misturas BetuminosasFormulação de misturas betuminosas

2


Composição duma mistura

Mv≈0

Volumes

VvVMA

Massas

Ar Vv

Vb Va

22/20/20

Mb

Mt

Ma

Vb

Va

Betume

Agregado

Vb Va

3


BARIDADE MÁXIMA TEÓRICA

ρ max =M b + M a

Vb + Va

=1

p b

100xρ b

+pai

100xρ aii =1

n

∑

(g/cm 3 ) [Bt]

POROSIDADE

n =

Vt − Vb + Va( )Vt

x100 =ρ max − ρ

ρ max

x100 (%) [ρ = Bm]

TEOR VOLUMÉTRICO EM BETUME

Composição duma mistura (continuação)

33/20/20

TEOR VOLUMÉTRICO EM BETUME

TVB=

Vb

Vt

x100 =p bx ρ

ρ b

x100 (%) [ρ = Bm]

VOLUME DE VAZIOS NO AGREGADO

VMA =

Vb + Vv

Vt

x100 = n + TVB (%)

GRAU DE SATURAÇÃO EM BETUME

Satb =

Vb

Vb + Vv

x100 =TVB

VMA (%) [Satb = Sb]

Mv≈0

Mb

Mt

Ma

Volumes

Vv

VMA

Vb

Va

Massas

Ar

Betume

Agregado

Vv

Vb Va

4


Objectivos a atingir para uma mistura

► Suficiente quantidade de ligante para assegurar uma boa durabilidade;

► Uma quantidade moderada de ligante que não prejudique a resistência às acções mecânicas;

► Uma elevada percentagem de vazios de modo a evitar a

44/20/20

► Boas características de desempenho estrutural e funcional.

► Uma elevada percentagem de vazios de modo a evitar a exsudação do betume mas, não tão elevada que provoque pós-compactação;

► Uma suficiente trabalhabilidade que permita o espalhamento da mistura;

5


Metodologia de Marshall

Selecção dos agregados e do betume

Baridade aparenteFabrico dos provetes

Ensaio de compressãoForça de Rotura

55/20/20

Ensaio de compressãoDeformação

Baridade máxima teórica

Porosidade

V. M. A.

Grau de Sat. em Bet.

Percentagem de betume

Sensibilidade à água

Fabrico

Trecho Experimental

Wheel Tracking

Estudo adicional

6


abertura das malhasde peneiros UNE

(mm)

% acumuladado material que passa

20 100

14 90 - 100

10 67 - 77

4 40 - 52

2 25 - 40

0,5 11 - 19

Agregados - características

Betume

■ 50/70■ 35/50■ 10/20

66/20/20

0,5 11 - 19

0,125 6 - 11

0,063 5 - 8

- % de material britado = 100%- perda por desgaste na máquina de Los Angeles (granulometria B) ≤ 20%- índices de lamelação e alongamento ≤ 25%- coeficiente de polimento acelerado ≥ 0,50- EA da mistura de agregados (sem adição de filer comercial) ≥ 60%- valor de azul de metileno (material de dimensão inferior a 75 µm) ≤ 0,8- absorção de água por fracção granulométrica componente ≤ 2%

Exemplo de propriedades exigíveis para os agregados

7


Agregados - escolha da composição

20 14 10 4 2 0,5 0,125 0,063

min 100,00 90 66 40 25 11 6 5max 100,00 100 77 52 40 19 11 8

a) Gravilha 10/14 35 100,0 65,0 32,5 1,1 0,9 0,7 0,5 0,3b) Gravilha 6/10 23 100,0 100,0 90,5 6,6 1,6 1,0 0,8 0,5

c) Areia 0/6 40 100,0 100,0 100,0 96,8 63,9 25,1 16,7 8,9d) Filer Comercial 2 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 99,8 97,7 78,1

Curva Final 100 100,00 87,75 74,19 42,62 28,24 12,51 8,99 5,34

Caderno Encargos

abertura das malhas (mm)

90,00

100,00

77/20/20

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

0,01 0,1 1 10 100

8


Fabrico de provetes

EN 12697-35 (fabrico da mistura)

EN 12697-30 (compactação de provetes)

88/20/20

9


Determinação da baridade aparente

9

A 1196,0

C 706,0

B 1197,0

T 23,0

K 1,00050

V = B - C 491,0

Ab = 100 (B - A) / V 0,2%

TEMPERATURA DA ÁGUA (ºC)

FACTOR DE CORRECÇÃO

VOLUME DA AMOSTRA (cm3)

MASSA DA AMOSTRA SECA (g)

AMOSTRA

MASSA DA AMOSTRA DENTRO DE ÁGUA (g)

MASSA DA AMOSTRA COM A SUPERFÍCIE SECA (g)

ABSORÇÃO DE ÁGUA (%)

EN 12697- 6

99/20/20

Ab = 100 (B - A) / V 0,2%

ρMB = A / V 2,436

ρMBF = K . γMB 2,437

BARIDADE DA AMOSTRA (g/cm3)

BARIDADE DA AMOSTRA A 25ºC (g/cm3)

ABSORÇÃO DE ÁGUA (%)

10


Ensaio de compressão

FORÇA de ROTURA

EN 12697-34

1010/20/20

DEFORMAÇÃO

60ºC ± 1 ºC

11


Ensaio de compressão

EN 12697-34

1111/20/20

S – Força de Rotura (Stability) em kN: 1 na figura

F – Deformação (Flow) em mm: 2 na figura

12


Determinação da baridade máxima teórica

EN 12697- 5

1212/20/20

9 e 10

A 2378,0

D 11652,0

E 13072,0

T 23,0

K 1,00050

V = A + D - E 958,0

γmaxMB = A / V 2,482

γmaxMBF = K . γMB 2,483

AMOSTRA

MASSA DA AMOSTRA SECA (g)

MASSA DO PICNÓMETRO CHEIO DE ÁGUA (g)

BARIDADE MÁXIMA TEÓRICA DA AMOSTRA (g/cm3)

BARIDADE MÁXIMA TEÓRICA DA AMOSTRA A 25ºC (g/cm3)

VOLUME DA AMOSTRA (cm3)

FACTOR DE CORRECÇÃO

MASSA DO PICNÓMETRO COM AMOSTRA CHEIO DE ÁGUA (g)

TEMPERATURA DA ÁGUA (ºC)

13


Grandezas determinadas

ProvetePeso

AgregadoPeso

betume%

BetumeBaridade Aparente

Barid. Max.

Teórica

Força de Rotura

Deformação

nº Pa (g) Pb (g) Pbe Bm (g/cm3) Bt (g/cm3) Fr (kN) Def (mm)

1 1152 48

0,040

2,292

2,483

8,15 3,0

2 1152 48 2,291 7,53 3,1

3 1152 48 2,323 8,89 3,0

4 1146 54

0,045

2,327

2,475

10,32 3,0

5 1146 54 2,354 10,50 3,4

1313/20/20

0,045 2,4755 1146 54 2,354 10,50 3,4

6 1146 54 2,333 10,61 3,0

7 1140 60

0,050

2,368

2,477

11,50 3,3

8 1140 60 2,370 10,90 3,4

9 1140 60 2,359 11,30 3,0

10 1134 66

0,055

2,368

2,463

11,10 3,8

11 1134 66 2,356 10,05 3,5

12 1134 66 2,367 10,30 3,0

13 1128 72

0,060

2,351

2,430

9,73 3,8

14 1128 72 2,344 9,92 3,4

15 1128 72 2,321 9,86 3,5

14


Determinação das grandezas necessárias

Mistura % BetumeBarid. Max.

Teórica

Baridade Aparente

Poros.Teor

Volum. Betume

Vol. Vazios Esquel. Agreg.

Grau de Satura.

(Vazios com …) Betume

Força de Rotura

Defor.

- - - - (Bt-Bm)/Bt (BmxPbe)/γb n+TVB TVB/VMA - -

1414/20/20

- - - - (Bt-Bm)/Bt (BmxPbe)/γb n+TVB TVB/VMA - -

nº Pbe Bt (g/cm3) Bm (g/cm3) n (%) TVB (%) VMA (%) Sb (%) Fr (kN) Def (mm)

1 0,040 2,483 2,302 7,3 8,941 16,2 55,1 8,19 3,0

2 0,045 2,475 2,338 5,5 10,214 15,8 64,8 10,48 3,1

3 0,050 2,477 2,366 4,5 11,485 16,0 71,9 11,23 3,2

4 0,055 2,463 2,363 4,0 12,621 16,7 75,7 10,48 3,4

5 0,060 2,430 2,338 3,8 13,622 17,4 78,3 9,83 3,6

15


Determinação da percentagem de betume

2,250

2,270

2,290

2,310

2,330

2,350

2,370

2,390

0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065

Baridad

e Aparen

te (g/cm )

3

% de Betume0,052

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 0,06 0,065

Fo

rça d

e R

otu

ra (kN

)

% de betume0,050

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065

Porosidad

e (%

)

% de Betume0,055

19,0

20,0

Vol. de Vazios Esq

ueleto Agregad

o (%)

4,5

5,0

1515/20/20

0,0523

0,0550,0520,05 Betume de % =

++=

■ Número de pancadas em cada extremo do provete 50

■ Força de rotura 7,5 a 15 kN

■ Deformação 2 a 4 mm

■ Valor de VMA mínimo 14%

■ Porosidade 3 - 5%

■ Cociente Marshall min 3 kN/mm

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

19,0

0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065Vol. de Vazios Esq

ueleto Agregad

o (%)

% de Betume

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0,035 0,040 0,045 0,050 0,055 0,060 0,065

Deform

ação

(mm)

% de Betume

16


Determinação da percentagem de betume

1616/20/20

17


Sensibilidade à água

EN 12697- 12

6 provetes (podem ser Marshall

preparados com 25 pancadas em cada

lado) com baridades (chegar a valores

esperados em obra) e dimensões

semelhantes;

3 provetes ao ar (20±5 ºC)

3 provetes na água (40±1 ºC) durante 68

a 72 horas

1717/20/20

a 72 horas

Provetes ensaiados no ensaio de tracção

indirecta a 25ºC

EN 12697- 23

ITSR (%) – quociente de ITS

ITSw (kPa) – ITS do grupo que foi à água (wet)

ITSd (kPa) – ITS do grupo seco (dry)

18


Wheel tracking

60ºC

TempoProfundidade

de rodeira

0 0.00

1 0.11

2 0.21

3 0.22

4 0.31

5 0.31

6 0.38

7 0.40

Permite avaliar a susceptibilidade à deformação permanente medindo a profundidade

de rodeira formada pela passagem repetida do. Ensaio até aplicar 10 000 ciclos de

carga ou até ser alcançada uma profundidade de rodeira de 20 mm.

EN 12697-22

1818/20/20

equipamento pequeno,

procedimento B em ar

8 0.41

9 0.41

10 0.43

11 0.50

12 0.51

13 0.51

14 0.51

15 0.51

16 0.51

17 0.60

18 0.59

19 0.60

( )10 000 5 000AIR

AIR

d -d- Taxa de deformação em ensaio de pista: WTS =

5- Percentagem de profundidade de rodeira: PRD

- Profundidade de rodeira

19


Fabrico e Trecho Experimental

1919/20/20

20


FORMULAÇÃO (misturas a quente/Marshall)

• Principais vantagens

� Execução muito conhecida;

� Aplicado há muitos anos.

• Principais limitações

2020/20/20

� Temperatura de realização do ensaio;

� Representatividade dos provetes;

� Dimensão nominal máxima do agregado é 25 mm;

� Desadequado perante novos materiais e novas exigências em termos de pavimentos rodoviários, já que não se baseia nas propriedades fundamentais, intrínsecas e de desempenho, das misturas betuminosas.

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