Quando se inicia uma dosagem de mistura asfáltica, além de todas as precauções que devemos ter com os materiais envolvidos (ligante e agregados), devemos também observar as especificações e parâmetros exigidos pelos órgãos e contratantes.

O grande receio de quem executa uma camada asfáltica, certamente é saber a procedência da dosagem e a capacidade dos envolvidos em avaliar corretamente os resultados encontrados. Apesar de toda a evolução em pesquisa, ainda nos deparamos com misturas dosadas exclusivamente para atender parâmetros pré-estabelecidos sabe-se lá por quem e com qual embasamento científico, seja no tocante a composição granulométrica (deu faixa, Ufaaa), seja nos índices encontrados a partir da volumetria.

Colaboradores, muitas vezes, são colocados em posições estratégicas dentro de um laboratório, sem treinamento adequado, sem supervisão adequada e criando conceitos que não se aplicam à engenharia dos materiais. Buscam alvos das especificações com poucos critérios de avaliação crítica dos resultados, muitas vezes sem tempo de retroagir e reavaliar resultados e procurar melhorar. No tocante a esse sistema instalado em muitas obras, vemos que os parâmetros de VAM são pouco discutidos e avaliados e deles decorre muito da performance da mistura dosada.

O volume de vazios nos Agregados Minerais (VAM), tem sido um dos parâmetros que mais tem influenciado os projetistas de misturas asfálticas a avaliar o desempenho futuro da mistura, seja pela metodologia Marshall seja pela metodologia Superpave. Num projeto de dosagem de mistura asfáltica, três parâmetros são muito importantes, pelo fato de um influenciar o outro.

O Volume de Vazios (Vv), o volume de Vazios nos Agregados Minerais (VAM) que em algumas publicações é chamado de Vazios livres de Agregados Minerais, ou seja, representa o que não é agregado na mistura e, a quantidade de Ligante Asfáltico que está disponível na mistura para gerar coesão e película (filme betuminoso) no agregado, sem envolver a parcela absorvida pelo agregado.

No início dos estudos sobre os parâmetros que norteariam a eficiência das misturas asfálticas, McLeod, 1956 apresentou uma modificação do método de concepção da Mistura Marshall e passou a determinar um índice que foi batizado de Vazios de Agregados Minerais (VAM). Ele concluiu em seus estudos que para uma dosagem de mistura envolvendo 4,5% de ligante asfáltico em peso o VAM deveria partir de 15%.

Já Campen Et Al.1959 enfatizaram que seria a espessura do filme betuminoso e não do VAM o principal fator para a durabilidade da mistura, prescrevendo que a espessura deveria estar entre 6 a 8µm para que a mistura tivesse aceitável durabilidade.

No entanto, devido às características de absorção de alguns agregados, que em algumas dosagens pode ser significativa, demonstrado pela diferença dos volumes de componente individual que excedem o volume total da mistura compactada, o VAM, que é definido como o volume combinado do Volume de Vazios e de Ligante Asfáltico foi identificado como o principal fator que afeta a durabilidade da mistura asfáltica.

Em uma publicação do Instituto de Asfalto, Mix Design Methods for Asphalt Concrete and Other Mix Types (MS-2), os valores mínimos para o VAM foram assim definidos:

Os valores mínimos para o VMA dependem de tamanho nominal máximo do agregado; para uma mistura de 9,5mm, o mínimo do VAM é 14% para um volume de vazios de 3%, 15% para um volume de vazios de 4% e 16% para um volume de vazios de 5%.

Para uma mistura de 12,5mm, deverá ser reduzido 1% do VAM mínimo; para uma mistura de 19mm, a redução no VAM mínimo será de 2%.

Na figura, sugestão de VAM máximos e mínimos do Manual de Dosagem de Misturas Asfálticas NCHRP de 2011 para misturas densas, levando em consideração o diâmetro nominal máximo do agregado.

a esses valores podem, a critério do projetista, sofrerem aumento de 1% nos valores máximos e mínimos para garantir eficiência na compactação e aumento na vida de fadiga. Mas o cuidado para não extrapolar a relação finos/betume (0,8 – 1,6) deve ser observado quando aumentado o valor do VAM. O projetista deve estar bem ciente de que, a forma mais segura de aumentar o teor de ligante na mistura asfáltica é aumentando o valor mínimo do VAM.

Kandhal, 1985 relatou que, altos valores de VAM permitem incorporação de quantidades suficientes de ligante asfáltico na mistura para obter máxima durabilidade sem causar instabilidade.

As misturas que sofrem maior esforço de compactação, sugerindo uma redução da película de ligante, apresentam diminuição da vida de fadiga, embora resistentes à deformação. Misturas que sofrem menos esforço de compactação preservam mais o filme betuminoso e têm uma maior vida de fadiga, embora sejam suscetíveis de deformações.

Pesquisas têm demonstrado que os valores de partida do VAM devem estar baseados em espessuras mínimas de ligante e não de teor mínimo de ligante asfáltico. O teor de ligante asfáltico varia conforme a mistura, densa, semi-densa, aberta ou descontínua, mas a espessura mínima da película de ligante asfáltico deve ser preservada.

O baixo VAM reduz a quantidade requerida de ligante asfáltico gerando misturas de baixa flexibilidade com tendência ao trincamento e a desagregações precoces, Ceratti, Et al. 2011. Pelo contrário, se o VAM chegar a um valor alto os agregados receberam uma melhor cobertura de filme betuminoso, e a mistura tenderá a ter uma alta durabilidade.

No entanto, em caso de valores muito altos de VAM, as misturas podem apresentar problemas de estabilidade, deformações e serem muito onerosas. Portanto uma especificação de limites universal de VAM deve ser evitada Hveem, 1941.

O problema com a atual análise volumétrica utilizada tanto pelo método de concepção Marshall ou Superpave é que os Vazios no Agregado Mineral (VAM) é muitas vezes, o mais difícil de satisfazer o parâmetro de projeto (Kandhal et al., 1998).

Critérios que são usados hoje em dia foram desenvolvidos na década de 1950, sob um conjunto específico de hipóteses. Com o desenvolvimento de novos ligantes asfálticos de viscosidade variada, a troca da dinâmica de compactação do compactador giratório Superpave (SGC), e uma grande variedade de fontes de agregados a serem utilizados para a produção de concreto asfálticos, as especificações atuais para o VAM devem ser reavaliadas para garantir pavimentos mais duráveis.

Alguns projetos demonstram que para garantir uma espessura de filme betuminoso na ordem de 9-10 µm com 4% de vazios, sem considerar a absorção, o VAM mínimo já partiria de 15,2% Sengoz, 2006. Quando se leva em consideração a absorção, esse valor tende a partir de 15,5%. Nota-se que a absorção de ligante asfáltico é um fator importante para o cálculo do VAM.

Segundo o Manual de Dosagem de Misturas Asfálticas NCHRP, quando se tem um VAM alvo, podemos partir para um cálculo estimado da quantidade de ligante asfáltico com a equação ao lado, e dela partir os demais estudos da dosagem.

Onde:

Vb – Teor total de asfalto em volume %

VBE – Teor efetivo de asfalto em volume % (VAM – Vv)

VMA = VAM – Vazios de Agregado Mineral %

Gsb – Massa Específica Aparente do Agregado

Pwa – Absorção de água pelo agregado, % em peso

Usando a equação e partindo de uma mistura com agregado de 12,5mm, buscando obter um VAM de 15% e obedecendo um Volume de Vazios de 4,0% vamos obter os seguintes valores:

VBE = 15% – 4% = 11%

Vamos estimar que a absorção será de 1,0% (um valor médio para tais fins) e que a massa específica aparente do agregado seja de 2,6 g/cm3.

Vamos encontrar 12% de ligante asfáltico em volume.

Olhando para a especificação Superpave de uma mistura dosada com material pétreo cujo tamanho máximo nominal é 12,5, o VAM parte de 14%, portanto, podendo ser 1,5% menor do que o necessário para garantir uma espessura de película ideal.

A implementação de alguns conceitos do Método Superpave, está trazendo a importância do conhecimento, do foco renovado sobre o quão é difícil e problemático estabelecer um valor mínimo de VAM para as misturas asfálticas.

Para Malick, 1998 o requisito mínimo do VAM atualmente adotado pela Metodologia Superpave para garantir a durabilidade da mistura é inadequado. Não é equitativo às misturas com diferentes graduações.

Quanto a figura provocativa desse artigo, ela foi apresentada por McLeod, 1956 como uma   metodologia de projeto de mistura Marshall modificada, que enumerava um mínimo de exigência do VAM na ordem de 15 %. Ele forneceu uma concepção análoga de gráficos que abrangeu o intervalo de densidade específica dos agregados de 2,00 até 3,00 e a densidade dos ligantes asfálticos de 0,95 até 1,11. Em todos os casos o mínimo de teor de ligante seria de 4%, sem considerar a absorção. Para os estudos de McLeod, um agregado de densidade Gsb = 2,65 e ligante asfáltico com densidade de 1,01, o teor mínimo de ligante na mistura deveria ser de 4,5%.

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Referências Bibliográficas

1. Augusto Pereira Ceratti, Rafael Marçal Martins de Reis Manual de Dosagem de Concreto Asfáltico. 2011
2. Burak Sengoz, Ali Topal Minimum voids in mineral aggregate in hot-mix asphalt based on asphalt film thickness. 2006
3. Campen, W.H., J. R. Smith, J.M. Erickson, L.R. Mertz. “A relação entre espaços vazios, de superfície, de espessura de filme, e a estabilidade na pavimentação de misturas betuminosas.” Anais da Associação dos tecnólogos de pavimentação com asfalto, 28. 1959
4. Kandhal PS, Koehler WS. Método de concepção mistura Marshall: as práticas atuais. Anais da Associação dos tecnólogos de pavimentação com asfalto. 1985
5. McLeod, N.W. Relação entre densidade, teor de betume, de vazios e de propriedades de misturas compactadas para pavimentação. 1956
6. Rajib B. Mallick. Critical Review of Voids in Mineral Aggregate Requirements in Superpave –  Artigo de pesquisa de transporte registro oficial do TRB · Janeiro de 1998