Materiais Para Pavimentação (ufsm)

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Notas de Aula – TRP 1002 Materiais para Infra-estrutura de Transportes Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 1 Notas de Aula – TRP 1002 Bibliografia 01 Pavimentação Rodoviária Murillo Lopes de Souza 02 Manual de Pavimentação Departamento Nacional de Estradas de Rodagem 03 Pavimentação Wlastermiler de Senço 04 Mecânica dos Pavimentos Jacques de Medina 05 Engenharia Rodoviária Benjamin B. Fraenkel 06 Informações Básicas Sobre Materiais Asfálticos Instituto Brasileiro do Petróleo 07 Manual Prático de Escavação Hélio de Souza Ricardo e Guilherme Catalani 08 Manual para Uso de Explosivos Fábrica Presidente Vargas 09 Manual de Britagem Fábrica de Aços Paulista S. A. 10 Especificações Gerais para Obras Rodoviárias Departamento Nacional de Estradas de Rodagem 11 Concreto Asfáltico Engs. Peri César G. de Castro e Lígia T. P. Felippe 12 Manual de Pré-Misturados a Frio Prof. Humberto Santana Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 2 Notas de Aula – TRP 1002 13 Perfuração e Desmonte de Rochas Atlas Copco Índice 1. Materiais de Pavimentação - Introdução 1.1 - Generalidades ............................................................................ 1.2 - Definição de Pavimento ............................................................. 1.3 - Camadas .................................................................................... 1.4 - Classificação de Pavimentos ...................................................... 1.4.1 - Terminologia das Bases e Sub-bases ....................................... 1.4.2 - Terminologia dos Revestimentos ............................................ 1.5 - Termos que são afins aos Estudos de pavimentação.................. 4 4 4 5 6 8 8 2. Materiais Usados na Pavimentação 2.1 Solos .......................................................................... 11 2.2 Agregados Minerais ................................................... 11 11 14 15 17 20 21 22 31 35 37 40 46 2.2.1 - Definição ............................................................................... 2.2.2 - Origem ................................................................................... 2.2.3 - Propriedades Básicas ............................................................. 2.2.4 - Propriedades de Superfície ..................................................... 2.2.5 - Processos Mecânicos de Extração e Redução de Rocha .......... 2.2.5.1 - Pedreiras ............................................................................. 2.2.5.3 - Perfuratrizes ........................................................................ 2.2.5.4 - Brocas ............................................................................... 2.2.5.5 - Compressores de Ar .......................................................... 2.2.5.6 - Plano de Fogo .................................................................... 2.2.5.7 - Explosivos .......................................................................... 2.2.5.8 - Britagem .............................................................................. 2.3 Ligantes ..................................................................... 2.3.1 - Cimento Asfáltico de Petróleo ................................................ 2.3.2 - Asfaltos Diluídos ................................................................... 2.3.3 - Emulsões Asfálticas .............................................................. 3. Misturas ..................................................................... 3.4.1 - Misturas Graduadas ................................................................ 3.4.1.1 - Especificaçãoes .................................................................... 3.4.1.2 - Composição Granulométrica ............................................... Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 52 55 58 59 63 63 63 63 3 Notas de Aula – TRP 1002 3.4.2 - Misturas Betuminosas ............................................................ 3.4.2.1 - Classificação ....................................................................... 3.4.2.2 - Parâmetros Físicos das Misturas Betuminosas ..................... 3.4.2.3 - Dosagem de Misturas Betuminosas ...................................... 3.4.2.4 - Obtenção, Dosagem e Mistura ............................................. 66 66 68 70 76 1. Materiais de Pavimentação - Introdução 1.1 Generalidades A necessidade de deslocamentos entre dois pontos (cidades, vilas, etc... ) gerou a construção de Caminhos ou Estradas. Para se ter Condições de Trafegabilidade, em qualquer época do ano, usamos o Revestimento do Leito, que na sua forma mais sofisticada, é denominado de Pavimento. Esta estrutura pode variar quanto aos Tipos de Materiais ou Misturas Empregadas e quanto as espessuras das camadas. Estas variações estão sempre relacionadas ao volume de tráfego diário, materiais disponíveis na região, importância de rodovia e recursos económicos disponíveis Podemos diferenciar diversos Tipos de Revestimentos, desde o mais simples que é o Revestimento Primário ao mais complexo que é o Pavimento Rodoviário, passando por revestimentos intermediários denominados de Pavimentos de Baixo Custo. No presente estudo apresentaremos Métodos e Processos de Escolha de Materiais e de Misturas, visando se obter o Máximo de Qualidade ( Durabilidade ) com o Mínimo de Custo. 1.2 Definição de Pavimento Pavimento é a estrutura construída sobre a terraplenagem e destinada técnica e economicamente a : a - Resistir e distribuir ao subleito os esforços verticais oriundos do tráfego. b - Melhorar as condições de rolamento quanto à segurança e ao conforto. c - Resistir ao desgaste (esforços horizontais), resultando numa superfície de rolamento mais durável. 1.3 Camadas Nos Pavimentos, geralmente, temos as seguintes Camada Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 4 Notas de Aula – TRP 1002 Subleito: É terreno de fundação do pavimento que nada mais é do que a camada final de terraplenagem. Se esta se apresentar fora das tolerâncias de norma, quer quanto ao acabamento de superfície (topografia ), quer quanto ao grau de compactação exigido (laboratório), necessitamos realizar a regularização. Regularização: É a operação destinada a conformar o leito estradal, longitudinal e transversalmente, compreendendo cortes e aterros de até 20 cm, bem como as operações de escarificação, aeração ou irrigação e compactação, dentro dos limites especificados, com material do próprio subleito ou de jazidas previamente determinadas. Reforço do Subleito: É a camada de espessura constante, determinada de acordo com o Dimensionamento do Pavimento e constituída de materiais provenientes de jazidas ou empréstimos com índice de suporte califórnia e expansão máxima determinados por especificação. Estes materiais terão sempre características superiores as do subleito e escolhidos dentre os melhores disponíveis, ao longo do trecho. Subbase: É a camada complementar a base, só é utilizada quando por circunstâncias técnicoeconômicas não for aconselhável construir a base diretamente sobre o reforço. Os materiais empregados devem ter ISC superior a 20% e expansão máxima de l% ( DNER ). Base: É a camada destinada a receber, transmitir e distribuir os esforços verticais oriundos do tráfego às camadas subjacentes. Sobre ela se coloca o revestimento. Revestimento ou Capa de Rolamento: É a camada, tanto quanto possível, impermeável, que recebe diretamente as ações do tráfego e é destinada a melhorar a superfície de rolamento, quanto as condições de conforto e segurança e a resistir aos esforços horizontais. Esta é, portanto, a camada mais nobre do pavimento, pois necessita alto poder de suporte (resistência), alta resistência ao desgaste (durabilidade) e ser a menos ondulada possível (conforto) , sendo logicamente a de maior custo econômico. 1.4 Classificação dos Pavimentos: Sendo o pavimento constituído de diversas camadas é muito difícil chegar a um Termo que defina toda a estrutura, por isso de uma forma geral são classificados em: Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 5 Notas de Aula – TRP 1002 Pavimentos Rígidos e Pavimentos Flexíveis. Pavimentos Rígidos: São aqueles pouco deformáveis, constituídos, principalmente, de concreto de cimento. No seu Dimensionamento levamos em consideração o Módulo de Reação do Subleito e a Tensão de Tração na Flexão, da Placa. Os Pavimentos Rígidos são constituídos de duas camadas, uma, que desempenha o papel de base e revestimento e outra, de sub-base com o objetivo de eliminar o bombeamento dos solos do subleito. Pavimentos Flexíveis: São aqueles em que as deformações elásticas, até um certo limite, não levam a ruptura ou são constituídos de camadas com materiais que não trabalham a flexão ou só trabalham a compressão. Os Pavimentos Flexíveis podem ser constituídos de: - Revestimento, base, sub-base e reforço - Revestimento, base e sub- base - Revestimento e base - Revestimento No Dimensionamento dos Pavimentos, por razões técnico-econômicas, fixam-se características mínimas a serem satisfeitas pelas diferentes camadas (Especificações) e dentro destas características se escolhe para cada situação a melhor solução técnico-economica. A NBR 7207(1982) e os que se preocupam com Classificação de Pavimentos preferem dar, independentemente, Terminologia às Bases e aos Revestimentos. 1.4.1 Terminologia das Bases e Sub-bases Rígidas Concreto de cimento Macadame cimentado Concreto magro Granulares Por correção granulométrica Bases Flexíveis Materiais naturais Solo- brita Bica corrida Rachão Brita graduada Macadame hidráulico Macadame a seco e e Cimento SemiEstabilizadas Cal rígidas Sub bases Betume Solo - cimento Solo melhorado com cimento Solo - cal Solo melhorado com cal Solo - betume Bases betuminosas diversas Alvenaria poliédrica Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 6 Notas de Aula – TRP 1002 Por aproveitamento Paralelepípedos Diversos 1.4.1.1 Bases e Sub-bases Rígidas: São caracteristicamente as de Concreto de Cimento, isto é, todas elas possuem como ligante o cimento. Elas têm acentuada resistência a tração na flexão, fator este determinante no seu dimensionamento. Podem ser: a - Concreto de cimento: Concretos plásticos próprios para adensamento por vibração ou manual. Placas com juntas transversais e longitudinais. b - Concreto magro: Caracteriza-se pelo baixo teor de cimento utilizado (3 a 5%) com compactação vibratória da camada antes do início da pega. 1.4.1.2 Bases e Sub-bases Flexíveis e Semi-rígidas: Estas podem ser subdivididas em duas famílias: Granulares e estabilizadas, conforme quadro: a - Granulares: São as constituídas por camadas de solos, seixos, areias, pedregulhos, escória, britas de rochas ou pela mistura de dois ou mais desses materiais. 1 - Por correção ou estabilização granulométrica (imprópria): São obtidas pela compactação de um material ou mistura de materiais que apresentam uma granulometria apropriada, fixada em especificação. Quando estes materiais ocorrem em jazidas (cascalhos, saibros, areias, etc...) tem-se o caso de materiais naturais. Sendo necessário um processo de beneficiamento qualquer (peneiramento, britagem, lavagem, etc...) para retirar alguma fração, afim de satisfazer as especificações, estaremos em presença de bases ou sub-bases com denominações específicas, tais como saibro britado, pedregulho lavado, etc. Se tomarmos materiais naturais (solos) e, por um processo qualquer em pista ou usina, fizermos a mistura com britas, estaremos em presença de um solo-brita. Na hipótese de uso exclusivo de materiais britados teremos então bases ou sub-bases de britas que podem ser: 2 - Bica corrida: Quando se utiliza o produto total da britagem. 3 - Rachão: Quando é utilizado o produto da britagem primária (reforço). 4 - Brita graduada: É a mistura de duas ou mais britas (uniformes) visando obter-se a faixa granulométrica especificada. b - Macadame hidráulico: Consta de uma camada de brita de graduação aberta que após a compressão é preenchida com material fino (pó de pedra ou solo apropriado, não plástico). A penetração do material fino é promovida pelo espalhamento com varredura e irrigação. c - Macadame a seco: Diferencia-se do anterior pela não utilização da irrigação. 1.4.1.3 Bases e Sub-bases Estabilizadas: As técnicas construtivas são semelhantes as anteriores. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 7 Notas de Aula – TRP 1002 a - Solo - cimento: É uma mistura, devidamente compactada de solo, cimento portland e água com densidade e resistência devidamente especificadas. Disto resulta uma camada de rigidez acentuada a flexão (rígido). b - Solo melhorado com cimento: Este é obtido com pequenos teores de cimento, visando melhorar o solo quanto a plasticidade e a sensibilidade à água, sem cimentação acentuada. c - Solo - cal: É uma mistura de solo, cal e água modificando o comportamento do solo quanto a plasticidade e a sensibilidade à água e quanto a cimentação. d - Solo melhorado com cal: É idêntico ao anterior, diminuindo o teor de cal. Não há cimentação, somente diminuição da plasticidade e da sensibilidade à água. e - Solo - betume: É a mistura de solo e material betuminoso. f - Bases betuminosas diversas: Por se confundirem com os revestimentos, serão estudadas adiante como revestimentos. 1.4.1.4 Bases e Sub-bases por Aproveitamento: Este aproveitamento de revestimentos poliédricos, paralelepípedos e outros, como sub-base ou base é muito difundido em repavimentação urbana ou restauração rodoviária. 1.4.2 - Terminologia dos Revestimentos Rígidos R e v e s t i m e n t o s Concreto de cimento Macadame cimentado Paralelepípedos rejuntados com cimento Calçamentos Alvenaria poliédrica Paralelepípedos Blocos de concreto pré-moldados e articulados Simples Duplos Triplos Capa Selante Invertida Tratamentos superficiais Direta Macadame Betuminoso Por penetração Flexíveis Betuminosos Em usina Por mistura Em pista Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro Conccreto Asfáltico (CBUQ) Pré-misturados a quente (PMQ) Pré-misturado a frio (PMF) Areia betume Pré-misturado a frio Areia betume 8 Notas de Aula – TRP 1002 Lama asfáltica 1.4.2.1 Revestimentos Rígidos: Já descrevemos as bases de Concreto de Cimento e que podem funcionar como revestimento, já que as mesmas satisfazem plenamente as características para tal. O Macadame Cimentado caracteriza-se por uma camada de brita de graduação aberta devidamente comprimida e cujos vazios são preenchidos com argamassa de cimento e areia. Dentre os Revestimentos Rígidos temos ainda o de paralelepípedos rejuntados com cimento. Com as modernas técnicas e equipamentos de execução de revestimento os dois últimos estão em desuso. 1.4.2.2 Revestimentos Flexíveis: Estes devem ser divididos em dois grupos: Por Calçamentos e Betuminosos: a - Por Calçamento: podem ser com pedras irregulares, paralelepípedos ou blocos prémoldados de concreto de cimento nas mais variadas formas. Em qualquer um dos três tipos o processo executivo é praticamente o mesmo, pois, todos são assentes sobre colchão de material granular (areia ou pó de pedra), variando apenas no aspecto estético e de conforto do usuário b - Revestimentos Betuminosos: Passaremos a descrever o grupo de revestimentos mais difundido tanto na pavimentação rodoviária como na pavimentação urbana. Todos os Revestimentos Betuminosos são constituídos pela associação de agregados com materiais betuminosos. Temos duas maneiras de efetuar esta associação: Por Penetração e Por Mistura. Por Penetração São executados com uma aplicação de material betuminoso (1 a 2 l/m2 ) seguida do espalhamento e compressão de uma camada de agregado de granulometria apropriada que recebe o nome de Tratamento Superficial Simples de Penetração Invertida (primeiro o material betuminoso depois o agregado). Se executarmos duas ou três camadas sobrepostas teremos os Tratamentos Superficiais Duplos e Triplos. Se sobre um Revestimento Existente executarmos um tratamento superficial simples com o intuito de impermeabilizar e modificar a textura do mesmo, chamamos a este de Capa Selante. Se fizermos o processo inverso ao acima descrito, isto é, lançamento do agregado antes do material betuminoso, estaremos executando um Tratamento Superficial de Penetração Direta ou Macadame Betuminoso. Por Mistura Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 9 Notas de Aula – TRP 1002 Quanto ao envolvimento ele pode ser executado em Usinas de Mistura ou na Pista, resultando daí os Pré-misturados propriamente ditos (Usina) e os Pré-misturados na pista (baixa qualidade). Quando utilizamos agregados e materiais betuminosos que permitem o espalhamento e a compactação a frio temos os Pré-misturados a frio que segundo a granulometria do agregado podem ser de graduação uniforme, aberta ou fechada (densa). Não sendo possível o espalhamento e a compactação a frio teremos então os Prémisturados a Quente de graduação aberta ou fechada (densa). Para o caso de Pré-misturado a Quente de Graduação Densa tem-se desenvolvido equipamentos e especificações de controle de granulometria, teor de betume, índice de vazios, estabilidade, etc; conhecido como Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ) ou Concreto Asfáltico (CA). Este é o mais nobre dos Revestimentos Betuminosos Se na confecção de um pré-misturado usarmos só agregado fino (passante na peneira 10 ou 2,0 mm) teremos neste caso um pré-misturado denominado de Areia betume. 1.5 Termos que são afins aos Estudos de Pavimentação. a -Leito: É a superfície que limita superiormente o subleito. b- Greide do Subleito: É o perfil do eixo longitudinal do leito. c - Camada de bloqueio: É uma camada de agregado de granulometria adequada que se coloca sobre a camada do subleito ou reforço com finalidade de se evitar a subpenetração dessas camadas ou para garantir o tráfego em dias chuvosos. d - Imprimação: É a aplicação de uma película de material betuminoso sobre uma camada de base granular com o objetivo de impermeabilizar a superfície, aumentar a coesão da mesma e de promover uma boa aderência com revestimento. Utiliza-se asfaltos diluídos de cura média ou emulsões asfálticas de ruptura lenta (1,0 a 1,5 l/m2 ). e - Pintura de Ligação: É uma película de material betuminoso que se aplica imediatamente antes do revestimento com a finalidade de melhorar a aderência entre este e a camada existente. Utiliza-se asfaltos de cura rápida ou emulsões de ruptura rápida (0,3 a 0,5 l/m2 ). f - Pintura de Impermeabilização: É a aplicação de uma película de material betuminoso sobre um revestimento betuminoso afim de impermeabilizá-lo (0,2 a 0,3 l/m2 ). g - Capa Selante: É um tratamento superficial simples de penetração invertida executado com o objetivo de impermeabilizar a superfície. h - Revestimento Primário: É uma camada granular de brita ou material natural (pedregulho com ou sem finos) executado sobre o subleito com a finalidade de desempenhar ao mesmo tempo a função de base e revestimento para pequenos volumes de tráfego. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 10 Notas de Aula – TRP 1002 i- Tratamento Contra Pó: É a aplicação de material betuminoso sobre revestimento primário, com o objetivo de evitar o pó e aumentar a duração do mesmo. j - Lama Asfáltica: Compõem-se de uma mistura de material betuminoso (emulsão de ruptura lenta), água, agregado miúdo e filler. Esta mistura resulta num produto de consistência líquida. É utilizado em camadas delgadas para impermeabilizar e rejuvenescer revestimentos já desgastados. Ao definirmos os vários Tipos de Pavimentos ( Camadas de Reforço, Base, Sub-base ou Revestimento ) sempre aparecem nas definições três componentes básicos que são: – Solos, Agregados e Ligantes 2. Materiais Usados na Pavimentação 2.1 Solos Na Mecânica dos Solos já vimos como definir, identificar, classificar e compactar um solo, bem como determinar, suas características mecânicas e seu comportamento quanto a permeabilidade e adensamento. Estes conhecimentos nos serão de grande valia na Pavimentação, pois, mesmo quando ele, não sendo utilizado nas camadas do pavimento, será sempre suporte da estrutura. Portanto, para fins de Pavimentação devemos estudar, além dos agregados minerais e ligantes, os solos no que tange a: 2.1.1- Levantamentos dos materiais do subleito para fins de dimensionamento. - Sondagens para identificar as diversas camadas de solos e o nível do lençol freático. - Sondagens dos solos turfosos ou de má qualidade - Seleção e coleta de amostras para ensaios em laboratórios 2.1.2 - Levantamento das jazidas próximas para fins de utilização de solos nas camadas do pavimento. - Procura e análise de mapas geológicos - Informações locais sobre ocorrências de materiais - Prospecção preliminar para jazidas com avaliação de volumes e coleta de amostras representativas - Análise dos elementos obtidos e definição das jazidas que merecem estudo completo - Sondagem das jazidas para obter volume real e amostras para ensaios - Estudo de custo do transporte Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 11 Notas de Aula – TRP 1002 2.2 Agregados Minerais 2.2.1 Definição A ASTM define agregado como " materiais minerais inertes que podem ser aglutinados por um ligante para formar uma argamassa, concreto, etc... " ou segundo Wood "Mistura de pedregulhos, areias, pedras britadas, escória ou outros materiais, usada em combinação com um ligante para formar concretos, argamassas, etc..." Estes materiais podem ser usados puros constituíndo as camadas de base e sub-base, filtros de drenos, lastro de ferrovias, etc... ou com ligantes , nas camadas mais nobres tais como base e ou revestimento. Como o agregado mineral representa, aproximadamente 95%, em peso, dos materiais constituíntes das misturas betuminosas, resulta que das propriedades do agregado é que dependerá o comportamento do produto final. Os agregados para serem utilizados em pavimentos devem ter características tais que permitam suportar as pressões aplicadas pelos veículos, sem se fraturarem e resistirem as ações dos agentes de intemperismo, sem se alterarem. Somente um agregado com estas qualidades poderá propiciar uma mistura durável. Resistência Mecânica → Durabilidade Mecânica Resistência ao Choque ( Tenacidade ) Resistência ao Desgaste ( Dureza ) Resistência Química → Durabilidade Química Sanidade 2.2.2 Classificação Os agregados minerais podem ser classificados segundo a natureza, tamanho e distribuição das partículas 1 - Quanto a natureza das partículas a - Agregados Naturais: são constituídos de partículas advindas das alterações das rochas pelo intemperismo ou produzidas por processos físicos como britagem, lavagem e classificação em que a matéria prima é a rocha, blocos de pedra, etc... Temos os seguintes tipos: Pedregulho Pedregulho britado ou lavado Pedra britada Areia b - Agregados Artificiais: são aqueles em que as partículas provém de matéria prima artificial, produzida por transformação física e química do material natural. Tipos: Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 12 Notas de Aula – TRP 1002 Escória de alto forno Argila expandida 2 - Quanto ao Tamanho Individual Dentre as diversas Organizações Rodoviárias a denominação é a mesma variando somente o tamanho de separação ( peneira ). Usaremos como diâmetro de separação o tamanho da malha da peneira 3/8 ou 9,5 mm. ( 10 ou 2,0 mm ) O agregado retido nesta peneira é denominado de Agregado Grosso ou Graúdo e o que passa , de Agregado Fino ou Miúdo. Temos ainda um material de enchimento que denominamos de Filler e é aquele cujas partículas tem diâmetro inferior a peneira nº 200 ou 0,074 mm. Esta fração é utilizada nas misturas para a pavimentação fato esse que não ocorre nos concretos de cimento ( material pulverulento ). 3 - Quanto a Distribuição das Partículas A Análise Granulométrica ( ME-DNER 83-94 ) dos agregados é semelhante a executada para solos. A amostra para ensaio é obtida por quarteamento com o uso do repartidor de amostras nas seguintes quantidades: Amostra a - Para Agregado Miúdo b - Para Agregado Graúdo Dmáx. Peso 1,0 kg 5,0 kg 10,0 kg 15,0 kg 20,0 kg 9,5 mm 25,0 mm 38,0 mm 50,0 mm As Curvas Granulométricas podem ser: Contínuas: quando estão presentes todos os tamanhos de partículas. Descontínuas: quando há a falta de uma certa gama de tamanhos de partículas. Em Pavimentação trabalhamos com Agregados de Granulometria Contínua. a - De Graduação Densa: sua granulometria satisfaz à equação: p = 100 (d / D ) n em que p = %, em peso, passando na peneira de abertura d D = tamanho máximo do agregado n = expoente variando entre 0,4 e 0,6. Para valores de n abaixo de 0,4 há excesso de finos e para n acima de 0,6, há falta de finos. Os agregados de graduação densa fornecem misturas densas, isto é, de pequena percentagem de vazios e boa estabilidade. ( CC entre 1 e 3 ) Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 13 Notas de Aula – TRP 1002 b - De Graduação Aberta: são aqueles em que há deficiência de finos (material passando na peneira nº 200 ) p = 100 (d / D ) n n > 0,6 c - De Graduação Uniforme: são aqueles em que o tamanho (diâmetro ) máximo está muito próximo do diâmetro mínimo. n > 0,4 CC = ( D30 ) 2 / ( D 10 . D 60 ) - Diâmetro Máximo: de um agregado é a abertura da peneira em que passa 95 % da amostra total. - Módulo de Finura: é um parâmetro definido como sendo o quociente do somatório das % retidas acumuladas nas peneiras 3, 1 1 / 2, 3 / 4, 3 / 8, 4, 8, 16, 30, 50, 100 dividido por 100. 4 – Quanto ao Formato das Partículas Quanto a forma da partícula podemos agrupá-los em quatro formas fundamentais: - Cúbica: as três dimensões são, aproximadamente, iguais, com arestas bem definidas. - Lamelar: possuem, entre a maior e a menor dimensão, um relação menor que 3/5, com arestas definidas. - Alongada: há predominância de uma dimensão. - Arredondada: não possuem arestas definidas. 2.2.3 Origem Os agregados minerais utilizados em Engenharia Rodoviária são provenientes de três fontes principais: Depósitos de Agregados Naturais,- Britagem de Produtos Naturais e Produtos Artificiais a - Agregados Naturais São provenientes da erosão, transporte e deposição de detritos resultantes da desagregação das rochas. Estas produtos as vezes não são transportados (depósitos residuais ). As jazidas ou depósitos de agregados naturais podem ser : residuais, eólicos e aluviais fluviais ou aluviais marítimos. Jazidas residuais: Pedregulhos e saibros provenientes da decomposição de basaltos, granitos, arenitos, etc... Jazidas eólicas: areias de dunas Jazidas aluviais: areias de rio e de lago tendo, geralmente, os grãos de forma arredondada e seixos rolados ( forma arredondada ). Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 14 Notas de Aula – TRP 1002 Normalmente, não encontramos materiais naturais nas granulometrias desejadas. Por isso lançamos mão de processos que visam adequar estes materiais ao seu uso específico, que podem ser: - Separação através de peneiramento - Separação através de peneiramento e lavagem do material - Mistura de dois ou mais materiais - Britagem com peneiramento No nosso Estado os melhores agregados naturais são encontrados nos Rios Jacuí, Camaquã, Ibicuí e Vacacaí. Na região do derrame basáltico encontramos agregados, porém, com teores prejudiciais de silte e argila. Se a procura de materiais naturais para a pavimentação resultar negativa ou economicamente inviável lançamos mão da Obtenção de Agregados através de Processos Mecânicos de Extração e Redução de Rochas. b - Britagem de Produtos Naturais Os agregados são obtidos por fraturamento artificial das rochas, pedras ou pedregulhos. As rochas mais utilizadas são: - Ígneas: nas intrusivas temos o granito e o diabásio e nas extrusivas, o basalto, etc... - Sedimentares: arenitos silicificados e calcários. - Metamórficas: mármore, quartzitos e gneisses. c - Produtos Artificias Já utilizadas, no passado, a escória de alto forno ( britagem ) e a argila expandida e mais recentemente, tem-se pesquisado a utilização de cinzas de carvão para camadas do pavimento, principalmente com adição de ligante (cal ). 2.2.4- Propriedades Básicas dos Agregados As partículas do agregado possuem uma série de propriedades físicas e químicas que associadas a granulometria determinam a adequabilidade do mesmo para uma determinada aplicação. Sob o ponto de vista rodoviário as partículas devem ter propriedades que lhes permitam resistir às ações do tráfego e do intemperismo. As propriedades mais importantes são: 1 - Dureza: é a resistência que o agregado oferece ao deslocamento das partículas de sua superfície pela abrasão. 2 - Tenacidade: é a resistência que o agregado oferece ao fraturamento por impacto (choque). Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 15 Notas de Aula – TRP 1002 A dureza e a tenacidade caracterizam e Resistência Mecânica ou a Durabilidade Mecânica do agregado. 3 - Sanidade: é a resistência que o agregado oferece a ação do intemperismo. Também chamada de Durabilidade ou Resistência Química. 4 - Porosidade: é caracterizada pelo sistema de poros que existe dentro da partícula de agregado. Quanto menos poroso o agregado maiores serão suas características de: - Resistência à compressão - Resistência ao desgaste - Durabilidade - Absorção ( taxas de ligante ) 2.2.5 - Condições de Qualidade a - Limpeza: é condição essencial, principalmente, quando se destinam para misturas a frio. b - Forma e Textura: a forma é ligada ao agregado graúdo que deve apresentar um bom índice de forma ( livre de partículas alongadas e lamelares ). Os agregados graúdos e miúdos de superfície rugosa e arestas vivas tendem e desenvolver mais atrito interno e melhor adesividade do que os arredondados e de textura lisa. c - Contaminação com Finos Plásticos: o agregado miúdo deve estar isento de materiais plásticos, que podem ser determinados pelo ensaio de equivalente de areia. 2.2.6 - Índices Físicos dos Agregados Vig = Volume de Vazios Intergranulares Vp = Volume de Vazios Permeáveis Vi = Volume de Vazios Impermeáveis Va = Volume de Água Vt = Volume Total Pa = Peso de Água Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 16 Notas de Aula – TRP 1002 Pt = Peso Total Ps = Peso das Partículas Sólidas Massa Específica Aparente Úmida do Agregado γ h = Pt / Vt Massa Específica Aparente Seca γs = Ps / Vt Massa Específica Aparente dos Grãos dos Agregados γa = Ps / (Vs + Vi +Vp ) Massa Específica Real dos Grãos γr = D = Ps / (Vs + Vi) Vazios de Agregado Mineral VAM = (Vig / Vt ) . 100 Teor de Umidade h = ( Pa / Ps ) . 1 Quando Va = Vp teremos que ha = Teor de umidade Para Agregado Miúdo ha = 2 % e para Agregado Graúdo ha = 0,2 % . de absorção 2.2.7 - Propriedades de Superfície (a) Superfície Específica de um Agregado É a soma das superfícies das partículas que constituem a unidade de volume. A=Σ a Para partículas esféricas teremos a = 6 /δd ( cm2/g ) com δ = 2,65, evidenciando-se, pela equação, que a superfície específica é inversamente proporcional ao diâmetro da partícula ou que quanto mais fino for o agregado maior será sua superfície específica. A superfície específica A de um agregado pode ser obtida em função da granulometria pela Fórmula de Duriez 100 A = 0,17 G + 0,33 g + 2,30 S + 12,0 s + 135 f Sendo: A = Superfície Específica em m2 /kg G = % retida na peneira 3/8 g = % retida entre a peneira 3/8 e a peneira nº 4 S = % retida entre a peneira nº 4 e a peneira nº 40 s = % retida entre a peneira nº 40 e a peneira nº 200 f = % passando na peneira nº200 A percentagem de ligante asfáltico (CAP), na mistura, pode ser determinada pela fórmula: p = K . 5√ A Sendo: p = percentagem de CAP na mistura Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 17 Notas de Aula – TRP 1002 K = coeficiente de riqueza √ = raiz A = superfície específica Para Concreto Asfáltico (CBUQ ) K = 3,75 Para Pré-misturado a frio ( PMF ) K = 2,30 (b) Adesividade Adesividade é a propriedade que os ligantes asfálticos possuem de se unirem aos agregados, isto é, o ligante envolve o agregado. Adesividade Ativa: é a desenvolvida quando o ligante vai cobrir a partícula de agregado. É condição essencial para que haja molhagem, isto é, o ligante envolve a superfície do agregado. Adesividade Passiva: é a resistência ao deslocamento da película de ligante da superfície do agregado já envolvido. Tensão Superficial: é o trabalho necessário, por unidade de área, para manter a película de ligante estendida. δ l = Σ / ∆S ou δ= F / L Dina / cm Quando a película não estiver em contato com o ar a tensão superficial passa a se chamar Tensão Interfacial. O ligante ( CAP ) sempre molha o agregado. δA > δAB + δB . cos θ O CAP se espalha no agregado δB θ = Ângulo de molhagem, sendo θ < 90º δA δAB δA = tensão superficial do agregado δAB = tensão interfacial Agregado - CAP δB = tensão superficial do CAP O aquecimento do ligante baixa a viscosidade e a tensão superficial melhorando com isso a molhagem ou adesividade ativa, que é devida a afinidade química entre o CAP e o agregado e é facilitada nos agregados lisos e sem poros. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 18 Notas de Aula – TRP 1002 Esta condição se verifica nas misturas a quente. Se houver presença de água (agregado úmido ) o que ocorre nas misturas a frio, tem-se sempre: Fórmula de Antonov δAB + δBa . cos θ > δAa δBa A água expulsa o CAP δAa δAB δAB = tensão interfacial Agregado-CAP δBa = tensão interfacial CAP -Água δAa = tensão interfacial Agregado-Água Neste caso a água tende a expulsar o CAP, isto é, não há molhagem pelo ligante mas pela água ou não há adesividade ativa. O problema pode ser resolvido das seguintes formas: - adicionar filler eletropositivo ( 1 a 3% ) ( pó de calcário, cal, cimento portland, etc. ) ao agregado que se combina com os ácidos naftênicos do ligante, produzindo naftanato de cálcio (sal insolúvel em água ) que vai construir uma ligação ligante-agregado insensível à água, (adesividade ativa ). - adicionar ao CAP um melhorador de adesividade (dope) que é um produto tenso-ativo que vai diminuir a tensão interfacial agregado-CAP e a tensão interfacial CAP-água, permitindo a molhagem do agregado pelo ligante. Estes melhoradores de adesividade reagem com o agregado formando compostos insolúveis em água, garantindo a adesividade ativa. Os emulsificantes catiônicos, são excelentes dopes garantindo uma boa adesividade ativa com qualquer tipo de agregado úmido. Se uma partícula de agregado já coberta pelo CAP apresentar pontos sem a devida cobertura e se o CAP não estiver dopado, ou se não houver filler eletropositivo a água poderá, sob a ação do tráfego, deslocar a película de CAP. ( Adesividade passiva ) A adesividade passiva pode ser facilitada por: - CAP com viscosidade mais altas - textura rugosa - porosidade - uso de dopes que funcionam como repelentes de água. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 19 Notas de Aula – TRP 1002 - uso de material de enchimento (filler ou pó de pedra) - eliminar a possibilidade de permanência de água na camada. ( Drenagem ) No Brasil a adesividade passiva é estudada em laboratório por uma variante do Método do DNER ( ME 78/94 ) que consiste em: o agregado graúdo ou miúdo já envolvido pelo ligante, curado em estufa no caso de Asfaltos Diluídos e Emulsões Asfálticas, é colocado em água que deve ser posta a ferver durante um tempo variável de 1 a 3 minutos. A adesividade será considerada satisfatória quando não houver nenhum deslocamento da película de ligante e não satisfatória caso haja algum deslocamento de película de asfalto. Outro ensaio já normalizado pelo DNER é o Ensaio de Reibel-Weber (DNER ME 97/94). 2.2.8 Ensaios de Agregados Num Pavimento os agregados sofrem processos de degradação granulométrica, quer pela atuação direta do tráfego quer pelos movimentos diferenciados entre partículas ou ainda pelo intemperismo. Portanto, antes de utilizarmos um agregado, precisamos analisar a durabilidade do mesmo, isto é, analisar como se comporta quando submetido a este estado de solicitação ou de quanto ele se degrada. O agregado ideal será aquele que mantiver as suas características (granulometria ) durante a Vida Útil do Pavimento. Para prever estes comportamentos dispomos dos seguintes Ensaios: a - Formação de amostra de agregado - Instrução de Serviço b - Análise Granulométrica c - Adesividade a ligantes betuminosos d - Impurezas orgânicas em areias e - Avaliação de durabilidade f - Desgaste por abrasão g - Resistência ao esmagamento h - Índice de forma i - Avaliação da resistência mecânica j - Densidade do agregado graúdo k - Densidade real do agregado miúdo l - Massa específica real do material finamente pulverizado m - Equivalente de areia IS/DNER 01 ME/DNER 83 ME/DNER 78 ME/DNER 55 ME/DNER 89 ME/DNER 35 ME/DNER 42 ME/DNER 86 ME/DNER 96 ME/DNER 81 ME/DNER 84 ME/DNER 85 ME/DNER 54 Devemos, determinar, ainda: Limite de Liquidez e Plasticidade e Resistência a Compressão Simples da Rocha. A resistência a compressão serve para indicar o comportamento do agregado sob a ação do tráfego e é determinada sobre corpos de prova cúbicos. Varia muito em função do tipo de rocha. Boas para resistências entre 1200 e 1800 kg/cm2 Excelentes para resistências entre 1800 e 2500 kg/cm2 Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 20 Notas de Aula – TRP 1002 Friabilidade É a propriedade que certas rochas possuem de se partirem ou esboroarem com facilidade. Quanto mais friável for a rocha pior será o agregado obtido dela. 2.2.8 - Processos Mecânicos de Extração e Redução de Rocha à Agregados Britados Generalidades A escavação de rocha a céu aberto é, na maioria dos casos, uma complementação da Terraplenagem utilizada para: - Implantação de estradas - Fundações de edifícios - Fundações de barragens - Jazidas de minérios - Jazidas de rochas ( pedreiras ) Os distintos casos de escavação enunciados acima constituem o que se chama de escavação a céu aberto, existindo, também, as escavações em ambientes confinados que são as escavações de túneis. O Processo de Escavação de Rocha é denominado de Desmonte e consiste nas seguintes fases: a - Perfurações do maciço a distâncias pré-determinadas ( furos ) b - Introdução de substâncias explosivas ( Explosivos Comerciais ) c - Detonação dos explosivos d - Remoção da rocha detonada ( demolida ) 2.2.8.1 Pedreiras Localizada e definida ,com o auxílio da Geologia, a jazida de rocha ( Pedreira ) adequada para a obtenção de agregados, providencia-se: a - Caminho de acesso: condições adequadas de locomoção de equipamentos de perfuração, escavação e carga e transporte do material detonado. b - Decapagem: consiste na operação de retirada total do material decomposto existente em cima da rocha sã. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 21 Notas de Aula – TRP 1002 c - Emboque: é a preparação da face livre da pedreira (bancada) para operacionalizar o desmonte O processo de obtenção de agregados britados apresenta as seguintes fases: - Perfuração e Desmonte da rocha - Carga e Transporte do material detonado - Britagem da rocha - Separação dos diversos tipos de agregados ( britas ) Desmonte Após o emboque da pedreira inicia-se o planejamento da extração da rocha através da Elaboração do Plano de Fogo para o uso dos explosivos. O Plano de Fogo é um conjunto de elementos necessários à execução de uma bancada de extração de rocha para se obter uma fragmentação compatível com o equipamento a ser utilizado. Antes de definirmos os diversos elementos de um Plano de Fogo, passaremos a apresentar as Noções Fundamentais sobre Perfuração, Equipamentos de Perfuração, Brocas e Explosivos. 2.2.8.2 Perfuração de Rocha Inicialmente a perfuração de rocha era efetuada para a obtenção de blocos de rocha. Para tal, usavam-se pedras mais duras ( sílex ) que eram friccionadas sobre rochas mais brandas (calcário, arenitos ), produzindo pequenos furos. Com a descoberta dos metais, começou-se a trabalhar as pedras com cobre, bronze, ferro e modernamente com o aço. As ferramentas de metal propiciavam a feitura de furos onde era introduzida uma cunha que quando fortemente comprimida, por impacto, provocava a separação do bloco de pedra do maciço rochoso. As minerações eram operadas de forma semelhante mas a necessidade de grandes produções resultou na introdução do rompimento por fogo. O advento da pólvora negra introduziu grandes alterações na mineração. A industrialização cada vez maior e a introdução do agregado na indústria da construção civil deram um grande impulso à extração de pedras. A pólvora foi substituída por dinamite (nitroglicerina ) e, posteriormente, surgiram o nitrato de amônio e outros compostos explosivos. A mão do homem foi sendo substituída pelas máquinas. Foram introduzidas as perfuratrizes e as brocas, aperfeiçoadas pela introdução da ponta de tungstênio considerada a maior revolução, nesta área, durante décadas. Estão sendo feitas pesquisa numa série de novos processos de corte de pedras e abertura de furos tais como: - Jato de chama muito forte Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 22 Notas de Aula – TRP 1002 - Plasma jet - Ultra-som - Vibração - Choque elétrico - Jato de água ... 2.2.8.3 Perfuratrizes O modo normal de se efetuar um furo ( 22 a100 mm ) numa rocha é golpear uma barra de ferro e rodá-la entre dois golpes sucessivos. Este procedimento, feito inicialmente pelo homem, é hoje imitado pelas máquinas de perfuração denominadas de perfuratrizes. Estas transmitem movimentos de percussão e ou de rotação à haste, mas é a pastilha que executará a escavação da rocha, pois, sendo constituída de material mais duro que a rocha ela recebe e transmite os golpes e vai cortando-a, gradativamente. É necessário um certo esforço sobre a perfuratriz para que exista uma dada pressão da broca contra a rocha, nas manuais é exercido pelo operador e nas maiores é feito por um dispositivo denominado de avanço podendo ser mecânico ou pneumático. Os deslocamentos das perfuratrizes podem ser manuais ou autopropelidos. 2.2.8.3.1 Classificação das Perfuratrizes (a) Perfuratrizes percussivas São aquelas que reproduzem o trabalho manual de perfuração, pois, após cada golpe ela provoca uma rotação de pequeno arco de círculo. Elas são caracterizadas por possuírem dispositivos que produzem dois movimentos distintos que são: percussão e rotação. O acionamento das perfuratrizes percussivas é feito, principalmente, por ar comprimido, existindo no mercado perfuratrizes leves que são acionadas por motores térmicos. Podem ser: 1 - Manuais ( Marteletes ): Peso entre 11,0 e 25,0 kg ,de 2000 a 2500 impactos por minuto 2 - Com avanço: Pneumático Corrente Parafuso As perfuratrizes de grande porte com avanço montadas sobre rodas serão denominadas de Carretas de Perfuração. 3 - Verticais Funcionamento de uma perfuratriz percussiva Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 23 Notas de Aula – TRP 1002 Estas transmitem à broca, no intervalo entre duas percussões sucessivas, uma rotação de pequeno arco de círculo e simultaneamente aos movimentos ocorre a introdução de ar ou água de limpeza. Numa perfuratriz percussiva temos : - Sistema de percussão - Sistema de rotação - Sistema de limpeza - Sistema de Percussão As percussões sobre a broca são produzidas por um pistão que se movimenta dentro de um cilindro, acionado para baixo e para cima por impulsão provocada pela entrada de ar comprimido numa extremidade e saída, na outra extremidade, do ar utilizado. A entrada e saída de ar é controlada por válvula que garante a inversão do fluxo de ar comprimido, responsável pelo movimento. A velocidade de penetração da broca pode ser determinada pela equação: B = k 3 Pm Vi D2 Sendo : B = Velocidade de penetração em cm/min k 3 = Constante P m = Pressão na cabeça do pistão em kg/cm2 V i = Velocidade de impacto do pistão em m/seg D2 = Diâmetro da cabeça do pistão em cm O número de percussões por minuto para as diferentes perfuratrizes percussivas está entre 2.000 e 3.000. - Sistema de Rotação A cada golpe da cabeça do pistão contra a broca corresponde a uma rotação de um pequeno arco de círculo, de modo a se proporcionar superfície de rocha nova para a extremidade inferior da broca cortar. Esta rotação ocorre quando o pistão sobe, ou seja, quando o fluxo de ar comprimido adentra à câmara inferior e impulsiona a cabeça do pistão para cima. Geralmente, a cada 11 percussões do pistão, corresponde a uma rotação completa. - Sistema de Limpeza Os resíduos da rocha produzidos pelo avanço da perfuração devem ser removidas do furo para evitar redução da eficiência ou travamento da broca. O sistema de limpeza adotado na maioria das perfuratrizes consiste na introdução de um fluido que pode ser água ou ar comprimido, no furo, através da extremidade da broca. A água ou ar de limpeza percorre a perfuratriz, segue através de um orifício central existente na broca e sai pela extremidade, removendo os detritos através do espaço existente entre a superfície externa da haste da broca e a Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 24 Notas de Aula – TRP 1002 superfície do furo. A limpeza com água é utilizada nas escavações de túneis, enquanto que a limpeza com ar é utilizada em escavações a céu aberto. (b) Perfuratrizes Rotativas São perfuratrizes que transmitem à broca somente movimento de rotação. Não há percussão sobre a broca. A demolição da rocha no furo se dá apenas por rotação da broca, que trabalha sob a ação de uma pressão constate ( 1000 kg ). A velocidade de perfuração varia entre 0,9 e 3,0 metros por minuto. É montada sobre uma plataforma ou sobre uma carreta para permitir facilidade de locomoção. A demolição da rocha pode se dar por: - Corte - Abrasão - Esmagamento As perfuratrizes rotativas destinam-se a furos de grande profundidade e grandes diâmetros. (c) Perfuratrizes Percussivo-rotativas São perfuratrizes que apresentam rotação contínua e independente, além de percussões sobre a broca. Perfuram com diâmetros maiores, 38 mm (1 1/2 ) , 89 mm (3 1/2 ) e 125 mm ( 5" ). O movimento de rotação é produzido por motor independente. A rotação da broca é reversível para facilitar a adição ou retirada de hastes para alongar ou retirar a broca. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 25 Notas de Aula – TRP 1002 Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 26 Notas de Aula – TRP 1002 Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 27 Notas de Aula – TRP 1002 (d) Perfuratrizes de furo-abaixo Nas perfuratrizes convencionais a esforço de percussão e ou rotação é transmitido à broca pelas hastes. Desta forma quando a profundidade for grande o esforço de percussão tende a ser dissipado, prejudicando com isso e eficiência da perfuração. Para se evitar essa dissipação foram desenvolvidas as perfuratrizes de furo-abaixo. O mecanismo de percussão fica junto da broca. Vantagens das perfuratrizes de furo-abaixo: - Não ocorre dissipação de energia - A limpeza é mais eficiente O rendimento em metros de furo é maior para a mesma quantidade de ar comprimido. Desvantagens das perfuratrizes de furo-abaixo: - A velocidade de perfuração é menor - A ruptura ou travamento do colar da haste pode significar a perda total do equipamento. - A vida útil das pastilhas é menor - Não trabalha bem em rochas muito fraturadas A rotação é contínua e produzida por motor que permanece na superfície. Aconselháveis para profundidades maiores que 20 metros e diâmetros de 75 a 125 mm. 2.2.8.3.2 Avanços Só teremos trabalho efetivo de demolição de rocha e desenvolvimento da perfuração se for exercido um esforço sobre a perfuratriz. Esse esforço mais a percussão serão os responsáveis pelo avanço da perfuração. Sem ele a perfuratriz saltita. Pode ser exercido fisicamente pelo operador da perfuratriz ( manuais ) ou mecânico, através dos sistemas de avanço, nas grandes perfuratrizes. Os Sistemas de avanço nas perfurações a céu aberto são: - Avanços pneumáticos - Avanços de corrente - Avanços de parafuso Avanços pneumáticos É um sistema de avanço acionado por ar comprimido. Avanços de corrente Esforço sobre a perfuratriz é exercido mecanicamente por uma corrente que ligada a ela, é tracionada no sentido de provocar pressão da perfuratriz contra a broca e esta contra a rocha. Avanços de parafuso O esforço sobre a perfuratriz é exercido por um longo parafuso que substitui a corrente do avanço de corrente. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 28 Notas de Aula – TRP 1002 2.2.8.3.3 Locomoção das Perfuratrizes As perfuratrizes podem sofrer os seguintes tipos de deslocamentos: - Deslocamentos na sequência de furos - Deslocamentos para abrigar o equipamento durante as detonações - Deslocamentos para novas frentes de trabalho. Estes deslocamentos podem ser por: - Locomoção Manual - Locomoção Tracionada - Locomoção Própria Locomoção Manual As perfuratrizes manuais (Marteletes ) são operadas e deslocadas manualmente de um furo para outro. Os deslocamentos para abrigar o equipamento durante a detonação e para novas frentes, quando próximas, também são feito manualmente, isto é possível devido ao pequeno peso da perfuratriz. Para deslocamentos distantes o transporte é executado em veículos de carga. Os "benchers" não dotados de rodas, são também deslocados (carregados nos ombros) manualmente, nos dotados de rodas, são tracionados ou empurrados pelo operador. Locomoção Tracionada O acoplamento de perfuratrizes à estruturas de suporte com rodas e sistemas de avanços permitiram deslocamentos mais simples e a produção dos equipamentos passou a depender menos da mão-de-obra. A locomoção tracionada permitiu o desenvolvimento de perfuratrizes maiores, de maior produção e mais pesadas. Locomoção Própria Após o surgimento no mercado das perfuratrizes de locomoção por tração, o próximo passo na evolução foi a de se montar a perfuratriz e seu avanço sobre uma unidade tratora, isto é, dotou-se a perfuratriz de um sistema de locomoção própria. As perfuratrizes autopropulsoras podem ser: - Montadas sobre trator ou veículo de uso geral - Montadas sobre unidade tratora especialmente construída para tal. Associação de Perfuratriz, Avanço e Locomoção Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 29 Notas de Aula – TRP 1002 Para perfurar a rocha, necessitamos da perfuratriz que provoca percussões e rotações da broca contra a rocha, de um sistema de avanço que provoca um esforço contínuo sobre a broca, forçando-a a progredir no sentido da perfuração e de um sistema de locomoção que permite o deslocamento da perfuratriz de um furo para outro ou para novas frentes de trabalho. Vejamos, agora, o resultado da associação de perfuratriz, avanço e locomoção. 2.2.8.3.4 Tipos de perfuratrizes Perfuratrizes Manuais ( Marteletes ) Nos marteletes a percussão e a rotação é produzida mecanicamente, porém, o avanço e os deslocamentos são efetuados pelo operador. As perfuratrizes manuais são utilizadas para: - Exploração de pedreiras de pequeno porte - Escavação de cortes rodoviários de pequeno porte - Escavação de fundações de barragens que exigam remoção de pequeno porte - Desmonte de matacões ou aprofundamento de escavações para fundações de obras de arte e edifícios - Perfurações (fogachos ) em pedreiras - Perfurações esporádicas para auxiliar no desmonte de rochas decompostas g - Acabamento de cortes e valas de drenagem "Bencher" A associação de uma perfuratriz manual e um avanço pneumático resulta num equipamento denominado de 'bencher" específico para perfurações verticais ou de pequenas inclinações e para furos com mais de 3,0 metros de profundidade. Trabalha com brocas integrais e necessita de furo de ancoragem. Wagon-drill A associação de perfuratriz pesada ( 45,0 a 170,0 kg ), de um avanço de corrente e de uma estrutura de suporte dotada de quatro rodas com pneus e uma barra de tração resulta no que denominamos de Wagon-drill. Apresenta notável evolução pois : - aumenta a velocidade de perfuração - facilita os deslocamentos - produz perfurações inclinadas - trabalha com brocas de extensão - permite diâmetros de furos ente 40,0 e 64,0 mm. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 30 Notas de Aula – TRP 1002 São empregados para: - Desmonte de rocha para britagem - Escavação de cortes rodoviários - Escavações para fundações - Perfurações para ancoragem de tirantes Perfuratriz sobre trator A associação de perfuratriz ou perfuratrizes pesadas, de um avanço de corrente, de um chassi sobre esteiras e motor a ar comprimido de tração própria constitui o que chamamos de "Air-track" ou "Crawler-drill" Apresenta as seguintes vantagens: - perfurações em diversos ângulos e na horizontal - deslocamentos em terrenos íngremes e desfavoráveis - rapidez no preparo para deslocamentos e retomadas - mais de uma perfuratriz - uso de perfuratriz de furo-abaixo Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 31 Notas de Aula – TRP 1002 2.2.8.3.5 Brocas Elas transmitem à rocha os esforços criados na perfuratriz. Podem ser: - Integrais - Extensão (a) Brocas Integrais As brocas integrais ou monobloco são aquelas em que os componentes constituem uma peça única , enquanto que as de extensão tem suas partes associadas entre si por luvas. Partes de uma Broca Integral - Punho: é a extremidade que penetra e se encaixa no mandril ( Luva ) da perfuratriz (forma exagonal ). - Colar: limita a penetração no mandril da perfuratriz . A superfície de impacto é que recebe o impacto do pistão da perfuratriz. - Haste: transmite à coroa os esforços recebidos. - Coroa: nela ficam a pastilha constituída de material duro ( superior a rocha ) (carboneto de tungstênio e cobalto, Wídia ) e o furo que permite a limpeza com ar ou água. É a pastilha que rompe a rocha produzindo o avanço da perfuração. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 32 Notas de Aula – TRP 1002 Série de brocas é o conjunto de brocas de comprimentos modulados necessárias para se atingir uma determinada profundidade. Diâmetros e séries de brocas integrais Quanto ao tipo de punho: Longo, comprimento de 108 mm Curto, comprimento de 82 mm Superlongo, comprimento de 159 mm Quanto ao tipo de haste As séries de brocas integrais são produzidas em três diâmetros de hastes: 3/4"ou 19mm 7/8"ou 22mm e 1" ou 25mm. O mais usado é o diâmetro de 7/8". Este é o diâmetro nominal da série de brocas pois o diâmetro efetivo de cada broca depende da posição do seu comprimento na sucessão da série. Dentro de cada diâmetro de haste dispomos dos seguintes comprimentos de brocas 40, 80, 160, 240, 320, 400, 560 e 640 centímetros. ( moduladas de 80 em 80 cm menos a de emboque ). Quanto ao diâmetro de coroa O diâmetro de coroa diminue a medida que aumenta o comprimento da broca variando de 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34 até 33 milímetros. Quanto a pastilha Resistente ao desgaste para rochas abrasivas Tenazes para rochas duras As brocas integrais necessitam de cuidados especiais de operação, armazenamento e afiação afim de se obter o máximo rendimento das mesmas. manuseio, Quanto a vida útil: Tipo de rocha Basalto Granito e Gnaisse Minério de ferro Comprimento da perfuração em metros 250,00 120,00 80,00 (b) Brocas de Extensão As brocas de extensão podem ter seu comprimento aumentado pela adição de hastes, enquanto que nas integrais é necessário a retirada com substituição por uma mais longa. Com este avanço se torna possível perfurações mais profundas e com diâmetros maiores. Considera-se como broca de extensão o conjunto de componentes, que sai do mandril da perfuratriz e desce até o nível da rocha no fundo da perfuração, que são: Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 33 Notas de Aula – TRP 1002 - Punho - Haste - Luva de acoplamento - Coroa ou Bits O punho engastado no mandril da perfuratriz transmite o movimento de percussão e de rotação da perfuratriz, possui rosca na extremidade inferior. A haste transfere os esforços de rotação e percussão recebidos pelo punho da perfuratriz à coroa , que é o componente da broca efetivamente responsável pela abertura do furo. A haste tem as extremidades rosqueadas externamente. O comprimento mais utilizado é o de 3.050 milímetros. As luvas de acoplamento promovem a união entre o punho e a primeira haste, entre hastes sucessivas e da última haste com a coroa. A coroa é o último componente da broca de extensão e é nela que estão inseridas as pastilhas de material duro que trabalham a rocha. O punho, as hastes e a coroa possuem furos para permitir a passagem de ar ou água. Tipos de Punhos Dependem do mandril da perfuratriz Punho sextavado com colar de 108 milímetros Punho tipo Leyner Punho quatro asas Punho seis asas Hastes Podem ser: Redondas e sextavadas Diâmetros: 1", 1 1/4", 1 1/2", 1 3/4" Comprimentos: 915, 1220, 1830, 2435,3050 e 4265 milímetros. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 34 Notas de Aula – TRP 1002 Roscas Tipos básicos: Rosca corda Vulcanus Rosca redonda Ingersoll-Rand Rosca serrilhada Gardner-Denver Luvas de acoplamento Através delas se faz o acoplamento de punho e haste, de hastes sucessivas e, em alguns casos, da haste e coroa. A luva deve transmitir, com um mínimo de perdas, os esforços criados pela perfuratriz. Coroa A coroa recebe a energia liberada pela perfuratriz e a transforma em trabalho de perfuração. Recebe, também, o ar de limpeza que é lançado no furo através de orifícios criteriosamente colocados de modo a propiciar à máxima remoção de detritos. A parte da coroa que efetivamente trabalha contra a rocha é a pastilha de material duro constituída de cobalto e carboneto de tungstênio. Tipos de coroas: - Bisel: construída nos diâmetros de 7/8 e 1". - Cruz: até diâmetros de 3". Podem apresentar o fenômeno de enquadramento, furos facetados e não redondos. - X: foi desenvolvida para evitar os inconvenientes da coroa em cruz. Os ângulos das pastilhas foram alterados de 90º para 80° ou 100 ° e o diâmetro sempre maior que 3". - Retrac: possui faces de corte no aço da coroa do lado oposto ao da pastilha. Recomendada para perfurar rocha muito fraturada. - Botões: as pastilhas de material duro tem a forma de calotas esféricas. Destinam-se a perfurações muito profundas. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 35 Notas de Aula – TRP 1002 - Para rochas duras: Apresentam pastilhas de material duro mais altas e mais largas para fazer face ao maior desgaste provocado pela maior dureza da rocha. Vida útil das coroas em metros de furo Tipo de Rocha Basalto Granito e Gnaisse Minério de Ferro Punho 2.000 1.500 1.500 Haste 1.600 1.200 1.200 Luva 1.000 800 800 Coroa 500 200 180 Tipos de Desgaste - Desgaste frontal É aquele que se observa na face da coroa em contato com a rocha. - Desgaste diametral É aquele que reduz o diâmetro da coroa tipo cruz. - Desgaste helicoidal É aquele que desgasta a matriz da coroa (aço ) por insuficiência de rotação ou limpeza. - Desgaste tipo "pele de jacaré" É aquele que surge quando se perfura rocha branda (fadiga ). - Desgaste normal Caracteriza-se pelo arredondamento e polimento dos contornos das pastilhas. A determinados intervalos de tempo deve -se providenciar na afiação das pastilhas. Cuidados com as Brocas de Extensão A vida útil das brocas depende muito dos cuidados que lhes forem dispensados. - Deve-se cuidar que as roscas, em uso, estejam bem engraxadas. As fora de uso deverão estar protegidas contra a poeira e detritos de rocha. - Fazer rodízio das hastes. - Manter a mesma luva e haste juntas. - Verificar o diâmetro das hastes e descartá-las quando atingirem o limite de uso. - Jamais bater nas hastes. - Deve-se usar gabarito para avaliar o desgaste. - Proceder, a intervalos adequados, à afiação das brocas - Não se deve operar a broca com as luvas de acoplamento soltas. - Devem ser armazenadas em ambientes secos e abrigados. 2.2.8.3.6 Compressores de Ar São máquinas que aspiram o ar da atmosfera e o comprimem, reduzindo, portanto, o seu volume e aumentando a pressão. O ar comprimido é enviado aos equipamentos de perfuração através de mangueiras ou de tubos metálicos, dependendo da distância entre o compressor e os equipamentos de perfuração e das quantidades de ar comprimido necessárias. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 36 Notas de Aula – TRP 1002 Para abastecer as frentes de perfuração de ar comprimido são montadas centrais de ar comprimido quando em obras de longa duração e em obras de curta duração usam-se compressores portáteis. As perfuratrizes de grande porte (carretas de perfuração ) dispõem de um compressor como parte integrante do conjunto, dispensando com isso mangueiras ou canos. Tipos de Compressores de Ar - De cilindro e pistão ( Deslocamento Positivo ) - Rotativos tipo parafuso - Rotativos de palhetas Acionamento dos compressores - Elétrico - Diesel Quanto a deslocamentos - Estacionários - Portáteis Cuidados especiais devem ser dispensados aos Sistemas de filtragem de ar e Resfriamento dos compressores. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 37 Notas de Aula – TRP 1002 2.2.8.4 Desmonte de Rocha A forma mais racional de desmontar rochas é através da execução de bancadas, que nos propiciam o arrancamento das mesmas, em fatias. A forma dada ao terreno ( Bancada ) será de três superfícies a saber: - Topo da bancada : Superfície da rocha onde operam os equipamentos de perfuração após a perfeita limpeza do material decomposto. ( Decapagem ) - Face : Superfície vertical ou levemente inclinada deixada pelo desmonte da rocha. - Praça : Superfície horizontal onde operam os equipamentos de carga e transporte da rocha detonada ( escavadeiras, pás carregadeiras e caminhões basculantes ). As bancadas podem ser simples ou sucessivas dependendo da altura disponível no maciço rochoso.. Uma bancada bem projetada apresenta as seguintes vantagens: - melhor programação dos serviços - melhor plano de ataque e melhor plano de fogo - maior economia - maior rapidez dos serviços - maior produção diária 2.2.8.4.1 Plano de Fogo Aos cálculos dos diferentes elementos pertencentes a uma bancada chamamos de Plano de Fogo. Elementos de um Plano de Fogo Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 38 Notas de Aula – TRP 1002 - Diâmetro da Perfuração - Afastamento - Espaçamento - Inclinação da Face - Altura da Bancada - Profundidade das Perfurações - Carga de Fundo - Carga de Coluna - Tampão (a) Diâmetro da Perfuração É função do equipamento disponível ( boca do britador ) e também do carregamento da rocha detonada. O valor máximo do diâmetro do furo, em polegadas, é igual a capacidade da caçamba do equipamento de carga, em jardas cúbicas. φ do furo em polegadas = Tipo de equipamento Perfuratriz Manual Wagon-drill Perfuratriz sobre trator Conjunto de perfuração Volume da caçamba e jardas cubicas Diâmetro (polegadas ) 7/8 1 1/2 a 2 1/2 2a5 4 a 10 (b) Afastamento ( V ) É a distância entre duas linhas de furos ou da face livre da bancada. Vp = Afastamento no pé da bancada (desvios ) O afastamento é igual a 45 vezes o diâmetro da perfuração em milímetros V máx em milímetros = 45 . φ do furo em milímetros Sendo Vt = Afastamento teórico podemos escrever: Vp = Vt - 0,02 H Linha única Vp = Vt - 0,05 H Linhas múltiplas Apesar dos desvios teremos no pé da bancada um afastamento no máximo igual a Vt. (c) Espaçamento ( E ) É a distância entre dois furos sucessivos na mesma linha. O espaçamento é igual ao afastamento multiplicado por um fator que varia entre 1,0 e 1,3. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 39 Notas de Aula – TRP 1002 E (espaçamento ) Verticais E = Vp Inclinadas E = 1,2 Vp = 1,0 ou 1,3 de V (afastamento ) (d) Inclinação da Face (α) O ângulo ótimo de inclinação é determinado experimentalmente e varia entre 10 e 25° com a vertical. Vantagens: - Reduzir sobrefuração - Economia de explosivos - Face mais segura Desvantagens: - Podem ocorrer desvios no ângulo de inclinação - Dificuldades de marcação - Cuidados na embocadura (f) Altura da Bancada ( H ) Depende de vários fatores como: - Equipamento de perfuração disponível - Reafiação das brocas - Comprimento das hastes - Peculiaridades geológicas - Acesso às bancadas Equipamentos Perfuratrizes Manuais Wagon-drill Perfuratriz sobre trator Perfuratriz furo - abaixo Profundidade em metros Até 4,00 3,0 a 9,0 6,0 a 18,0 18,0 a 30,0 φdo furo ( pol ) 7/8 1 1/2 a 2 1/2 2 a 5 3 1/2 a 7 (g) Profundidade da Perfuração É função da altura da bancada. Recomenda-se executar uma sobrefuração para eliminar o aparecimento de repé. Bancadas Verticais H1 = H + 0,3 Vp Bancads Inclinadas H1 = H + 0,2 Vp (h) Razão de Carregamento É a quantidade de explosivos necessária para o desmonte de um metro cúbico de rocha ou uma tonelada de minério. Valores Granito, gnaisse e basalto Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro g/m³ (gramas por metro cúbico ) 180 a 270 40 Notas de Aula – TRP 1002 Rocha decomposta Arenito e folhelho Hemetita compacta Calcário 250 a 340 200 a 300 100 a 135 75 a 100 A distribuição do explosivo ao longo do furo não deve ser uniforme. O furo deverá ser dividido em três segmentos: Carga de Fundo Carga de Coluna Tampão lf = 1,3 VP lc = H1 - 2,3 Vp Vp (i) Carga de Fundo A concentração da carga de fundo em g/m é igual ao quadrado do diâmetro do furo em milímetros. Carga de fundo em g/m = ( φ em mm ) ² (j) Carga de coluna A carga de coluna é colocada numa extensão de lc. É de 40 a 50 % da carga de fundo. Para melhor distribuir a carga de coluna no comprimento desejado utilizamos espaçadores. (k) Tampão É a parte superior do furo com comprimento igual ao afastamento Vp . Deve ser preenchido com areia, pó de pedra ou argila, bem adensados. Sequência de Fogos A detonação pode ser : Instantânea - em tempo zero Com retardos - diferenças em MS (milisegundos ). A utilização de retardos diminue as vibrações. Linhas Simples Linhas Múltiplas Obtenção de Superfícies Regulares Perfuração Linear Furos com diâmetro de 2 a 3 " e espaçamento de duas a quatro vezes o diâmetro do furo. Perfuração Amortecida Detonar com uma espera de atraso o furo limite. Pré-seccionamento Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 41 Notas de Aula – TRP 1002 Furos com espaçamentos pequenos limitando a área e que serão detonados antes. 2.2.8.4.2 Explosivos Realizada a perfuração das bancadas procede-se em seguida a sua detonação ou seja provoca-se a explosão do material colocado nos furos. O resultado esperado será o arrancamento de blocos de rocha com tamanhos compatíveis com a caçamba da escavadeira ou com a boca do britador. Explosivo é um composto químico que tem a propriedade de sofrer transformações químicas violentas e rápidas que resulta na liberação de grandes quantidades de energia em reduzido espaço de tempo, desde que devidamente acionado. A energia é utilizada para arrancar a rocha ( fatia ) que está na frente do furo. Num furo suficientemente adensado, um explosivo pode produzir pressões de até 100.000 atmosferas. É uma soma fabulosa de energia que deve ser bem aproveitada devido ao seu curto espaço de duração, pois ela provém do grande volume de gases liberados pela explosão. Durante a explosão a temperatura pode alcançar de 2.500 a 4.000 º C. A nitroglicerina, principal substância explosiva, aumenta de 18.000 a 19.000 vezes o seu volume original. Na detonação de um explosivo ocorre uma série de fenômenos tanto de natureza dinâmica como de natureza estática, que são: - A onda de choque percorre a rocha a uma velocidade de 3.000 a 5.000 metros por segundo. - O diâmetro inicial do furo é alargado para o dobro, por deformações plásticas. - A onda de choque produz tensões radiais e tensões tangenciais na rocha, ao se deslocar do centro para a periferia. Ambas sofrem variações que vão de um máximo positivo (compressão ) a um máximo negativo (distensão )e, a seguir anulam-se. As tensões radiais não produzem efeitos sensíveis na rocha, porém, as tensões tangenciais produzem fendilhamento segundo raios que partem do centro do furo. Os fendilhamentos são muito pequenos e praticamente invisíveis mas constituem o primeiro abalo na estrutura da rocha. - Ao chegar a frente livre da bancada a onda de choque tende a projetar o material da superfície (lançamento de partículas a grandes distâncias ) semelhante ao que acontece com as bolas de bilhar. Este lançamento é tão mais acentuado quanto mais fraturada for a rocha. - A onda de choque utiliza somente 9% da energia total do explosivo. Como o ângulo de quebra é de 120º conclui-se que só 3% da energia é gasto nesta fase. - A ação que até este ponto foi dinâmica passa a se fazer sentir na forma estática, pela pressão dos gazes que estão se formando no interior do furo. A pressão dos gazes empurra o Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 42 Notas de Aula – TRP 1002 maciço rochoso para a frente e servindo-se do fissuramento provocado pela onda de choque produz a fragmentação (desmonte ) e o lançamento do material. Classificação São classificados em em relação ao tipo, composição quimica e consitência: (a) Quanto ao tipo - Explosivos Iniciadores ou Primários São extremamente sensíveis por isso se prestam para iniciar a detonação na massa de explosivos. São utilizados na fabricação de acessórios de detonação (azida de chumbo ). - Altos Explosivos ou Secundários Detonam a velocidades de 1.500 a 7.500 metros por segundo, liberando grandes quantidades de gases a altas pressões. Produzem: Onda de choque e alta pressão lançando o material na direção da faca livre da bancada. - Baixos Explosivos Apresentam queima rápida sem onda de choque. Pólvora negra. (b) Quanto a Composição Química - Explosivos Simples: único componente químico. Nitroglicerina Nitroglicol Nitrocelulose Trotil e Ciclonite - Explosivos Mistos: substância que não são explosivas quando isolados. Nitrato de Amônia mais Óleo deisel - Explosivos Compostos: são explosivos simples misturados com substâncias capazes de consumir e ou produzir oxigênio. Explosivos Comerciais (c) Quanto a Consistência: - Plásticos e semi-plásticos: tomam a forma do furo. - Sólidos: em pó - Líquidos: facilidade de carregamento. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 43 Notas de Aula – TRP 1002 Principais Propriedades dos Explosivos Força de Explosivo Quantidade de energia liberada na detonação. Medida em percentagem de nitroglicerina nos dinamite de nitroglicerina. Pêndulo Balístico Velocidade do Explosivo É a velocidade da reação química na massa do explosivo. Varia entre 1.500 a 7.500 metros por segundo. A base de nitroglicerina: 4.000 a 7.500 metros por segundo. A base de nitrato de amônia: 1.500 a 3.000 metros por segundo. Resistência a Água A ação da água diminui a força da dinamite e pode chegar a dessensibilizá-la. Os explosivos a base de nitroglicerina apresentam alta resistência a água e os de nitrato de amônia, baixa. Segurança no Manuseio Não deve detonar com facilidade durante o transporte e manuseio. Projetil Onda de choque Sensibilidade a descargas elétricas Densidade Altas densidades permitem maior concentração de explosivo. Permitem ao blaster usar cargas mais densas. A densidade é expressa em números de cartuchos de 1 1/4 por 8" contidos numa caixa de 25 kg. Tipos de Explosivos Pólvoras Negras Dinamites e Gelatinas Nitrato de Amônia Lamas Explosivas (a) Pólvoras Negras São de baixa velocidade, baixos explosivos. Tipos: - A > composta de nitrato de potássio, enxofre e carvão vegetal. É utilizada para cortar pedras. - B > composta de nitrato de sódio, enxofre e carvão vegetal. É utilizada para detonar argilas e folhelhos. (b) Dinamites e Gelatinas Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 44 Notas de Aula – TRP 1002 São explosivos compostos com as seguintes substâncias: - Explosivos de Base: Trinitroglicerina C3H5(NO3)3, Dinitrotoluol e Nitrocelulose. - Explosivos Complementares: Trotil, Trioleína, Nitrobenzeno. - Substâncias ativas absorventes: Serragem de madeira, cortiça, aveia, centeio, etc. - Substâncias geradoras de oxigênio: nitrato de amônia, de sódio, de potássio, cloratos e percloratos. - Substâncias que aumentam a potência: pó de silício, de alumínio ou de magnésio. - Substâncias que abaixam o ponto de congelamento: cloreto de sódio, bicarbonato de sódio. A Dinamite Comum, de consistência semiplástica a sólida, contém nitroglicerina, nitrato de sódio, celulose e enxofre. Na Dinamite Especial ou Amoniacal parte da nitroglicerina é substituída por nitrato de amônia. A Gelatina, de consistência plástica e semiplástica, contém nitroglicerina, nitrato de sódio, enxofre e farinhas orgânicas. Na Gelatina Especial ou Amoniacal parte da nitroglicerina é substituída por nitrato de amônia. As dinamites comuns são mais sensíveis e caras enquanto que as amoniacais são mais seguras e economicas. São apresentadas em cartuchos com diâmetro 1 1/8 ou 1 1/4" e comprimentos de 8, 16 ou 32" e em caixas de 25 kg. (c) Nitrato de Amônia São seguros, pois, só detonam com escorva, isto é, necessitam de uma iniciação através da detonação de um cartucho de alto explosivo para serem detonados. A mistura de nitrato de amônio com óleo mineral é denominado de ANFO que apresenta: - Baixa resistência à água - Baixa densidade - Baixa velocidade de detonação - Precisam de escorva - Baixo preço (d) Lama Explosiva É a suspensão em água, com consistência de gel, de ingredientes explosivos sólidos como o nitrato de amônio e o nitrato de sódio. Acessórios de Detonação São dispositivos necessários para criar uma detonação inicial que provocará a explosão das cargas de explosivos. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 45 Notas de Aula – TRP 1002 - Estopim - Espoletas Comuns - Espoletas Elétricas - Cordel Detonante - Acendedores (a) Estopim de segurança Consiste num núcleo de pólvora negra de nitrato de potássio revestido com tecidos impermeabilizantes com função de proteger o núcleo de pólvora contra a penetração de água e a abrasão. Queima com velocidade uniforme e conhecida ( 110 a 130 metros por segundo ). (b) Espoleta Comum São pequenas cápsulas de alumínio, fechadas numa das extremidade, contendo uma carga iniciadora (azida de chumbo ), uma carga de base (tetra-nitrato de penta eritritol ) e que recebem na extremidade superior o estopim para sua inicialização. São usadas em detonações secundárias, pois para detonações simultâneas não são adequadas visto que os estopins não atingem (queima ) as espoletas ao mesmo tempo. (c) Espoleta Elétrica São detonadas por corrente elétrica ,sendo necessária uma intensidade mínima para provocar a detonação. Permitem detonar diversas cargas ao mesmo tempo. São de dois tipos: - Comuns - De tempo Nas comuns a detonação acontece na passagem da corrente elétrica enquanto que nas de tempo a detonação acontece alguns instantes depois. A espoleta elétrica comum consiste numa cápsula de alumínio na qual é introduzida uma carga iniciadora de azida de chumbo, uma carga de base (tetra-nitrato de penta eritritol ) e uma ponte elétrica que quando acionada dará início ao processo de queima. Nas espoletas de tempo é introduzido um elemento de retardo entre a ponte elétrica e a carga iniciadora que será o responsável pelo controle de tempo de retardo, em milisegundos. Podem ser encontradas com retardos desde 25 até 1.000 MS. Detonação das espoletas elétricas Pode ser em: - Circuito em série - Circuito em paralelo - Circuito série-paralelo A escolha do circuito depende: - natureza da energia elétrica disponível - fonte de energia elétrica disponível - número de espoletas - resistência total do circuito Fontes de energia elétrica Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 46 Notas de Aula – TRP 1002 - máquinas detonadoras - rede elétrica pública - gerador - bateria Risco de detonação antecipada - relâmpagos - eletricidade estática da atmosfera - linhas de alta tensão - eletricidade estática gerada por sistema de carregamento pneumático dos explosivos - energia de rádio frequência criadas por estações de rádio, televisão, etc.. (d) Cordel Detonante A forma mais segura para detonações a céu aberto é através do cordel detonante. O cordel é em si mesmo um explosivo e por isso quando detona ,age como escorva para as cargas explosivas, determinando a velocidade de detonação do próprio explosivo. O cordel detonante consiste num núcleo de alto explosivo, o tetra- nitrato de penta eritritol (detona com velocidade de 6.000 m/s ) revestido com: - camada de cera e algodão - camada de cera e algodão com revestimento plástico - camada de cera, algodão e alma de arame embutida no revestimento de plástico Possibilita a detonação com retardos através da utilização de conectores. A iniciação do cordel detonante pode ser feita por espoleta comum ou espoletas elétricas. (e) Acendedores São acessórios de detonação destinados a fornecer chama para iniciar uma explosão. Os principais acendedores são: - estopim de segurança - acendedor de chumbo - acendedor de rabicho - acendedor de vareta inflamável - acendedor de cordão - acendedor elétrico Carregamento e armazenamento de explosivos ME R-105 Carregamentos dos explosivos É a introdução dos explosivos nas perfurações. Concluído o Plano de Fogo passar-se-á a locação e execução dos furos com as perfuratrizes, carregamento das minas e sua detonação. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 47 Notas de Aula – TRP 1002 Executado o Desmonte efetua-se a carga e o transporte do material até a Britagem. A carga é efetuada por escavadeiras ou pás mecânicas de esteiras ou de pneus revestidos com correntes e o transporte em caminhões dotados de caçambas especiais para minérios ou em caminhões Fora de Estrada. 2.2.8.5 Britagem Fase grosseira de cominuição de minerais ou seja redução mecânica dos fragmentos da rocha. O processo mais empregado na britagem consiste na quebra de material pela força de compressão aplicada através do movimento periódico de aproximação e afastamento de uma superfície de britagem móvel e outra fixa, denominada de câmara de britagem como adiante veremos. Lay-out Todos os Projetos de Instalações de Britagens devem, ma medida do possível, seguir esquemas de instalações simples, de eficiência comprovada, possibilitando a diminuição de custo, facilidade de montagem e a garantia de bom funcionamento. Ao projetarmos uma instalação devemos analisar os seguintes aspectos: - Topográficos: após os estudos preliminares de localização da instalação, efetuar um levantamento detalhado da área ( curvas de nível de 1,0 em 1,0 metro ), tipo de solo, etc. - Simplificação: buscar sempre a redução do número de máquinas atendendo o seguinte princípio " Usar sempre uma máquina maior no lugar de duas máquinas menores. " - Flexibilidade: uma instalação deve ser projetada de forma que possa atender eventuais alterações tais como planos de expansão ou mudanças na granulometria dos produtos. - Fatores de Segurança: para garantir a produção e granulometria desejadas para cumprir obrigações contratuais ou abastecer mercados consumidores. As Britagens podem ser em: - Circuito aberto: é aquele em que o material é britado e transportado às pilhas de estocagem sem que haja a possibilidade de retorno do mesmo às máquinas de britagem. - Circuito fechado: é aquele em que o material não fragmentado suficientemente é devolvido às máquinas de britagem. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 48 Notas de Aula – TRP 1002 Tipos de Instalação: - Instalações Fixas Estas são empregadas em empreendimentos de localização definitiva tais como pedreiras, minerações. - Instalações Semi-móveis Sua característica principal é a rapidez de montagem, pois necessita pouca obra civil e dispensa ajuste de máquinas e bicas. São empregadas para obras de médio prazo (barragens, estradas, etc. ). - Instalações Móveis São indicadas para empreendimentos que requerem locomoção constante e tempo mínimo de montagem. Elas são montadas em carretas rodoviárias que podem ser acopladas a cavalos mecânicos para os deslocamentos. Com isso elas eliminam totalmente os custos de sucessivas montagens e desmontagens. São comumente empregadas em serviços de manutenção de estradas, prospecção geológica e exploração de jazidas espalhadas numa determinada área. Para a escolha do Tipo de instalação mais adequado devemos analisar: - Custo de aquisição - Custo de instalação - Tempo de permanência - Tempo disponível para montagem - Mão de obra local - Futuras aplicações prováveis Seleção dos Equipamentos O produto final de uma instalação é obtido através de uma sequência ordenada de operações. Para se obter o máximo de rendimento de uma instalação é necessário uma escolha adequada de equipamentos para cada uma das operações, determinadas em função da quantidade, das características do material a ser britado e do produto final desejado. (a) Alimentação Primária A alimentação dos britadores primários pode ser efetuada de duas maneiras: manual e mecânica. - Alimentação manual: é utilizada somente em britagens pequenas ( 10 a 20 m3/hora ). - Alimentação mecânica: nesta, os equipamentos mais empregados são os alimentadores vibratórios e os de sapatas. Alimentadores Vibratórios: são indicados para serviços gerais, caracterizando-se por uma versatilidade, pois permitem variação no fluxo de alimentação e separação do material fino e terroso. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 49 Notas de Aula – TRP 1002 Alimentadores de Sapatas: são empregados em serviços superpesados de alimentação, possuem fluxo constante. Dentre os três tipos os mais empregados são os alimentadores vibratórios cujos fabricantes os apresentam em diversos tamanhos. (b) Britagem Primária Este é escolhido em função da capacidade e/ou tamanho da boca de alimentação e das características do material a ser britado. Os britadores mais empregados são: - De mandíbulas de um eixo: são os mais empregados - De mandíbulas de dois eixos: emprego específico para materiais de alta abrasividade e dureza, caracterizam-se pelo baixo consumo de peças de desgaste. - Giratórios: são britadores de alta capacidade empregados em grandes instalações. - De impacto: são de grande capacidade e relação de redução. Aplicáveis somente em materiais de baixa abrasividade. (c) Pilha Intermediára Também conhecida por Pilha Pulmão, tendo como objetivo regularizar o fluxo de alimentação da rebritagem e evitar paradas completas da instalação por falhas da britagem primária. A retomada do material estocado é feita através de alimentadores vibratórios (calhas). (d) Classificação Intermediária Tem como finalidade retirar os finos produzidos na britagem primária que são prejudiciais aos rebritadores. Podem produzir o quebra de eixo do britador por compactação do material dentro da câmara de britagem. É feita por peneiras intermediárias ou grelhas. (e) Rebritagem É efetuada em vários estágios e dependerá do produto final desejado. Sua escolha é função das características do material da alimentação ( tamanho máximo, umidade, lameralidade, etc. ) do produto e da capacidade desejados. Para a primeira fase da rebritagem, os rebritadores devem possuir grande boca de alimentação para que o primário possa trabalhar com aberturas maiores. São mais empregados os de mandíbula e os de cone. Para estágios intermediários de rebritagem a abertura de entrada é menor (tamanho máximo menor ), recomendados os cones e hidrocones. Estes rebritadores, normalmente, nesta fase, trabalham em circuito fechado. Quando necessitamos produzir grandes percentuais de finos lançamos mão dos cones tipo F ( finos ) ou de rebritadores de rolos. (f) Peneira Classificadora Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 50 Notas de Aula – TRP 1002 Os tipos mais empregados são: as vibratórias inclinadas, as vibratórias horizontais e finalmente, as rotativas. A escolha entre os vários tipos disponíveis depende: - das características do material - do tipo de serviço - da capacidade requerida - do espaço disponível. O dimensionamento destas máquinas é de vital importância para o desempenho de toda a instalação bem como na qualidade do produto final obtido (faixas granulométricas ). Se procura sempre superdimensionar o tamanho da peneira pelos seguintes motivos: - Possibilidades de mudanças de granulometria (substituição de telas ) - Incertezas do comportamento do material na peneira ( lamelar, umidade ) - Melhor qualidade de separação - Acréscimo de preço muito pequeno em relação ao custo total. (g) Correias Transportadoras São os elementos de ligação entre as diversas máquinas. Seu adequado dimensionamento é de grande importância para o aproveitamento máximo das máquinas. A escolha da correia transportadora é função do diâmetro máximo de alimentação e da capacidade de transporte ( produção horária ). (h) Estocagem A estocagem dos materiais obtidos pode se dar em: - silos - pilha - misto Nas pequenas instalações é mais recomendado o uso de silos pois eliminam o uso de pá mecânica para a carga do material. Em instalações maiores, a pilha é a forma mais economica de estocagem. Quando o material estocado vai ser utilizado para misturas costuma-se acoplar usinas misturadoras, através de túneis de alimentação, às pilhas. Produção e Capacidade Capacidade de uma instalação é a produção calculada baseada somente nas tabelas de capacidade das máquinas, não se considerando os fatores que podem afetar estas capacidades. Pode ser chamada de Produção Instantânea da Instalação. Produção é a quantidade efetivamente produzida pela instalação durante um período de tempo significativo. Deve -se considerar os seguintes fatores: - Tamanho da instalação - Esquema da instalação - Tipo de material - Método de alimentação Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 51 Notas de Aula – TRP 1002 - Equipamentos usados - Jornada de trabalho - Manutenção - Operação Pela acima, constata-se que é extremamente difícil prever a variação entre a capacidade e a produção instantânea. Pode-se obter a produção a partir de fórmulas empíricas baseadas em um grande número de levantamentos das mais variadas instalações. Q=C. k1. k2 . k 3 Q = Produção da instalação em m 3/hora c = Produção teórica em m 3/hora k1 = Fator tipo de material k2 = Fator método de alimentação k3 = Fator jornada de trabalho Fator tipo de material k1 Tipo de material Calcário Granito Basalto Minério de ferro Fator modo de alimentação Modo de alimentação Alimentador com pré-silo Alimentador com tremonha Alimentador manual k1 1,20 1,00 0,90 0,80 k2 Instalação pequena 0,95 0,90 0,80 Instalação grande 0,95 0,85 0,60 Fator jornada de trabalho k 3 Instalação Pequena Grande sem pilha intermediária Grande com pilha intermediária Grande com pilha intermediária e rebritadores giratórios Hora trabalhadas por dia 8 - 10 11 - 15 0,90 0,80 0,85 0,75 0,90 0,80 0,95 0,85 16 - 24 0,75 0,70 0,75 0,80 Projeto e Cálculo de Instalação de Britagem Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 52 Notas de Aula – TRP 1002 Para Projetar e Dimensionar corretamente uma Instalação de Britagem precisamos conhecer: 1 - Produção desejada em m3/hora 2 - Jornada de trabalho hora/dia ou mês 3 - Tamanho máximo de alimentação 4 - Distribuição granulométrica desejada 5 - Faixas de separação a serem obtidas simultaneamente 6 - Tipo de rocha 7 - Natureza da fratura, lamelar ou cúbica 8 - Natureza da rocha, dura, mole ou friável 9 - Presença de materiais argilosos 10 - Umidade 11 - Armazenamento, silo, pilha ou misto 12 - Tipo de alimentação 13 - Acionamento da instalação, gerador, elétrico ou diesel. 14 - Ciclagem e voltagem da linha 15 - Planta topográfica plani-altimétrica 16 - Existência ou não de equipamentos a serem aproveitados Obtidos os elementos acima passa-se ao dimensionamento e escolha dos diversos tipos de máquinas disponíveis no mercado. Cada fabricante fornece manuais e catálogos que nos dão as características das máquinas bem como a granulometria do material produzido em função da abertura de saída e capacidade nominal. Com estes elementos das máquinas e os dados levantados anteriormente podemos então efetuar a escolha do melhor equipamento para esta situação. As fábricas de britagens, normalmente já possuem, em seus departamentos técnicos, grande quantidade de dados obtidos em instalações em funcionamento que serão de grande valia para ajudar na melhor escolha. Esse departamentos já possuem lay-outs específicos de instalações que na maioria dos casos satisfazem as nossas necessidades. Produtos Finais Os produtos finais serão determinados em função das nossas necessidades de consumo de agregados. Poderemos diferenciar dois tipos básicos de agregados: - Para fins de aplicação em concretos de cimento - Para fins de aplicação em pavimentação rodoviária ou superestrutura de ferrovias (lastro ). Esta diferenciação de dará na peneira classificadora pelo número de decks e pelas aberturas das malhas das peneiras utilizadas. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 53 Notas de Aula – TRP 1002 2.3 Ligantes Temos três tipos de materiais ligantes: - Ligantes de Agregação ou de Coesão: argilas ,siltes, filler, pó de pedra e areia. - Ligantes Plásticos: são Produtos Betuminosos tais como alcatrões e asfaltos naturais ou de petróleo. - Ligantes Rígidos: Cimentos No presente estudo nos limitaremos e estudar os Ligantes Plásticos, basicamente os: Materiais Betuminosos Tipos de Materiais Betuminosos - Alcatrão: obtido na destilação dos carvões durante a fabricação de gás ou coque. - Asfaltos: mistura de hidrocarbonetos não voláteis de elevada massa molecular. Originam-se do petróleo , no qual estão dissolvidos e podem ser obtidos por evaporação natural de depósitos Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 54 Notas de Aula – TRP 1002 localizados na superfície terrestre (asfalto natural ) ou por destilação de petróleo em unidades industriais ( asfalto de petróleo ). Os asfaltos naturais podem estar puros ( lagos, Trinidad) ou aparecerem impregnando os poros de algumas rochas ( rochas asfálticas, gilsonita ). Os asfaltos de petróleo são obtidos por destilação, em torres de fracionamento, com arraste de vapor, na qual as frações leves ( gasolina, querosene, deisel ) são separadas do asfalto por vaporização, fracionamento e condensação e na fase final do processo por destilação a vácuo, ( temperaturas baixas ) evitando-se com isso o craqueamento de asfalto com consequente perda das propriedades aglutinantes. O produto, obtido no fundo da torre de vácuo, é denominado de Resíduo Asfáltico e se for enquadrado nas Especificações Brasileiras (extratos aromáticos) passa a ter o nome de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). O cimento asfáltico de petróleo é obtido em diversas consistências medidas pelos Ensaios de viscosidade dinâmica ou de penetração e constitui o produto básico para a preparação de vários tipos de asfaltos para a pavimentação. O elemento aglutinante ativo que constitui a asfalto é o betume. Asfalto - Material aglutinante de consistência variável, cor pardo-escura ou negra e no qual o constituinte predominante é o betume, podendo ocorrer na natureza, em jazidas ou ser obtido pela refinação do petróleo. Betume - Mistura de hidrocarbonetos pesados, obtidos em estado natural ou por diferentes processos físicos ou químicos, com seus derivados de consistência variável e com poder aglutinante e impermeabilizante, sendo completamente solúvel no bissulfeto de carbono ( CS2 ). Os Cimentos Asfálticos de Petróleo são sistemas coloidais , constituídos por partículas denominadas de asfaltenos, protegidos por rezinas que impedem a floculação, dispersos nos óleos maltenos. Se os asfaltenos estiverem bem dispersos nos óleos maltenos teremos o sistema sol, mas se começam a se juntar, formando cadeias teremos o sistema gel. Em altas temperaturas temos o sistema sol em que o CAP se comporta como um líquido newtoniano (as tensões são proporcionais às velocidades de deformação ), para temperaturas baixas temos o sistema gel em que o CAP se comporta como um sólido elástico ( tensões são proporcionais às deformações ). Nas temperaturas (usuais) intermediárias teremos sempre um sol-gel, componente viscosa mais componente elástica. Tipos de Asfaltos de Petróleo Os asfaltos, de acordo com a sua aplicação, classificam-se em dois grupos: (a) Asfaltos para pavimentação - Cimentos Asfálticos - Asfaltos Diluídos - Emulsões Asfálticas - Asfaltos Modificados Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 55 Notas de Aula – TRP 1002 Tendo como principal função produzir ligações entre agregados capazes de resistirem às ações mecânicas de desagregação produzidas pelas cargas dos veículos; e propriedades de vedação contra a penetração proveniente tanto da água de chuva como da água capilar (subterrânea ). (b) Asfaltos Industriais ou para outras finalidades - Asfaltos Oxidados - Asfaltos para Impermeabilização 2.3.1 Cimento Asfáltico Os CAPs são especialmente preparados para apresentarem qualidades e consistências próprias para o uso na construção de pavimentos betuminosos. São materiais ideais para aplicações em trabalhos de pavimentação, pois além de suas propriedades aglutinantes e impermeabilizantes, possuem características de flexibilidade, durabilidade e alta resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis. Classificam-se pela sua consistência, que se traduz pelo conceito de mais mole ou mais duro. Sendo materiais termosensíveis e viscoelásticos a sua consistência deve ser definida para uma dada temperatura e uma dada velocidade de aplicação de carga ou velocidade de deformação. A consistência dos CAPs é atualmente definida pela: - Penetração, em décimos de milímetro. - Viscosidade absoluta, em poise O ensaio de penetração é feito no penetrômetro, onde uma agulha padrão de 100 gf é deixada penetrar numa amostra de CAP a 25ºC durante 5 segundos. MB - 107. O ensaio de viscosidade é feito no viscosímetro capilar de Cannon-Mening, onde o CAP a 60°C sobe num tubo capilar calibrado, sob uma sucção de 60cm HG (relativa ). Tipos Os Cimentos Asfálticos de Petróleo são classificados: Segundo a Penetração Segundo a Viscosidade CAP 30 / 45 CAP 50 / 60 CAP 85 / 100 CAP 150 / 200 CAP - 40 CAP - 20 CAP - 7 Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 56 Notas de Aula – TRP 1002 O CAPs não podem ser aplicados ou misturados em temperaturas baixas, menores que 100°C,devido a sua alta viscosidade (duros ). O CAP é um material termoplástico, reológico, tixotrópico, ideal para aplicação em trabalhos de pavimentação, pois além de suas propriedades aglutinantes e impermeabilizantes possui características de flexibilidade e alta resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e álcalis. As características reológicas dos CAPs (estudo do fluxo e da deformação da matéria ) governam seu comportamento quando submetidos às tensões do tráfego e de origem térmica (dilatações e retrações ). As principais variáveis reológicas são: as tensões, as deformações, os tempos de carga e as temperaturas. Das características não reológicas dos CAPs salientaremos a Durabilidade, que está ligada às mudanças nas propriedades durante a estocagem, aplicação e o serviço no pavimento. Durante o aquecimento e principalmente na mistura com os agregados, na usina, quando a película delgada do CAP vai envolver o agregado muito aquecido, perde óleos voláteis e incorpora oxigênio aumentando a sua consistência original. Durante o serviço do pavimento o CAP continuará a perder voláteis e a incorporar oxigênio, porém, mais lentamente. O endurecimento aumenta a viscosidade e diminue a penetração. O CAP vai se tornando frágil e quebradiço, isto é, perdendo seu poder ligante. Para a utilização adequada do CAP recomenda-se o conhecimento prévio da curva viscosidade/temperatura. Os CAP são aplicados em: (a) Misturas a quente, tais como, Concreto Betuminoso Usinado a Quente ( CBUQ ), Prémisturados a Quente (PMQ ) e Areia-betume. Recomenda-se o uso do CAP 20 ou 40 ou do CAP 30/45, 50/60 e 85/100 com teor de asfalto obtido em projeto específico. (b) Tratamentos Superficiais por penetração invertida; recomenda-se o uso do CAP 7 ou do CAP 150/200 com teor de asfalto obtido em projeto específico. (c) Macadame Betuminoso por penetração direta; recomenda-se o uso do CAP 7 ou do CAP 150/200 com teor de asfalto obtido em projeto específico. Recomenda-se, para execução de tratamentos superficiais viscosidades de 20 a 60 SSF, para misturas de 85 ± 15 SSF e para compactação de 140 ±15 SSF. Restrições ao Emprego Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 57 Notas de Aula – TRP 1002 (a) Os CAP não devem ser aquecidos a temperaturas superiores a 177º C para se evitar o possível craqueamento térmico do ligante (queima ). (b) A temperatura ideal de mistura é obtida em função da relação temperatura-viscosidade. (c) Não são aplicados em dias de chuva, em temperaturas inferiores a 10º C e em superfícies molhadas. (d) As misturas só poderão ocorrer a temperaturas entre 107 e 177º C. Métodos de Ensaios. Penetração Normal MB-107 é a penetração, medida em décimos de milímetros, de uma agulha padrão (100 g, 5s, 25º C, 0,1 mm ) numa amostra de Cimento Asfáltico de Petróleo a 25ºC de temperatura durante um tempo de 5 segundos. Ponto de Fulgor MB-50 é a menor temperatura ( º C ) que ocorre um lampejo provocado pela inflamação dos vapores da amostra, com a passagem de uma chama piloto. Ponto de Combustão é a temperatura que a amostra após inflamar-se pela passagem da chama piloto continua a queimar durante 5 segundos, no mínimo. Não deve espumar a 175º C. Ductilidade a 25º C P-MB-167 é a distância em cm em que um corpo de prova de material betuminoso se rompe quando submetido a uma tração padronizada ( 5 ± 0,25 cm/minuto ). Viscosidade a 60º C P-MB- 827 mede a viscosidade absoluta, velocidade de deformação, em poise Viscosidade a 135º C e Viscosidade a 177º C P-MB-517 Viscosidade Saybolt-Furol é o tempo em segundos em que 60 ml da amostra fluem através do orifício padronizado ( 0,315 cm ) a um determinada temperatura . Ponto de Amolecimento MB-164 é a temperatura lida no momento em que uma esfera metálica padronizada ( 3,35 g a 3,55 g φ 9,53 mm ) atravessando um anel padronizado (10,0 mm ) perfeitamente cheio com material betuminoso, toca uma placa de referência após ter percorrido a distância de 25,4 mm. Transporte e Armazenamento Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 58 Notas de Aula – TRP 1002 O transporte e o armazenagem a granel do Cimento Asfáltico de Petróleo exigem aquecimento e tanques revestidos com isolamento térmico. Os principais processos de aquecimento do CAP são: - Serpentinas aquecidas com maçaricos - Serpentinas aquecidas com vapor d’água - Serpentinas onde circula óleo aquecido O aquecimento a altas temperaturas ou por tempo prolongado altera sensivelmente a constituição do asfalto, modificando suas propriedades. Recomenda-se um máximo de 150º C para temperaturas de aquecimento nos tanques de armazenagem. O aquecimento nunca deve ser através de chama direta mas por meio de vapor ou óleo aquecidos circulando em serpentinas no interior dos tanques. Durante o aquecimento com maçaricos é conveniente providenciar na circulação do material. Os tanques de estocagem e de transporte devem estar suficientemente limpos para se evitar qualquer contaminação. 2.3.2 Asfaltos Diluídos Os asfaltos diluídos ( AD ) ou asfaltos recortados resultam da diluição do cimento asfáltico de petróleo em destilados de petróleo. Os diluentes funcionam como veículos, resultando produtos menos viscosos que podem ser aplicados ou misturados a temperaturas mais baixas. De acordo com o tempo de cura ( tempo necessário para a evaporação do diluente ), determinado pela natureza do diluente utilizado, os asfaltos diluídos, no Brasil, classificam-se em: CM - Asfaltos Diluídos de Cura Média CM - 30 CM - 70 CM - 250 CM - 800 CM - 3000 CR - Asfaltos Diluídos de Cura Rápida CR -70 CR -250 CR -800 CR - 3000 Os Asfaltos Diluídos (AD ) resultam de diluição de um CAP num destilado leve de petróleo, proporcionando produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais baixas. A perda do diluente por evaporação é denominada de cura. Segundo a cura podemos classificar os AD em três tipos: CR > Cura Rápida CM > Cura Média nafta querosene Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 59 Notas de Aula – TRP 1002 CL > Cura Lenta diesel No Brasil, são fabricados as dois primeiros. Podemos variar a viscosidade dos mesmos variando a quantidade de diluente, com isso teremos diversos tipos de AD que são: Cura Média CM-30 CM-70 CM-250 CM-800 CM-3000 Cura Rápida CR-70 CR-250 CR-800 CR-3000 Asfalto 52% 63% 70% 82% 86% Diluente 48% 37% 39% 18% 14% Os tipos de mesmo número apresentam a mesma viscosidade para temperaturas acima de 60ºC variando somente o tempo de cura. A temperatura de aplicação será aquela que corresponder a uma viscosidade técnica (Saybolt - Furol ) de 20 a 60 segundos SF ou de 40 a 80 centistoke (cSt ) de viscosidade cinemática. Os AD são aplicados em: (a) Em serviços de imprimação recomenda-se CM-30 para superfícies de textura fechada e CM-70 para superfícies de textura aberta. A taxa de aplicação varia de 0,8 a 1,6 l/m2 devendo ser determinada experimentalmente mediante absorção pela base em 24 horas. O tempo de cura é, geralmente, de 48 horas, dependendo das condições do clima. (b) Em pinturas de ligação sobre superfície de bases já imprimadas ou sobre superfícies de revestimentos desgastados recomenda-se o uso de asfalto diluído CR-70 pois não há necessidade de penetração do material aplicado mas sim de cura rápida. A taxa de aplicação varia em torno de 0,50 l/m2. (c) Em tratamentos superficiais pelo método de penetração invertida recomenda-se o uso de asfalto diluído CR-250, com taxa de aplicação conforme projeto específico. (d) Na preparação de pré-misturados a frio ( PMF ) podem ser utilizados asfaltos diluídos CR-250. (e) Na preparação de areia-asfalto a frio podem ser preparados com asfaltos diluídos CM-250 ou CR-250. Restrições ao Emprego Não se aplicam (películas ) asfaltos diluídos em: - dias de chuvas Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 60 Notas de Aula – TRP 1002 - temperaturas ambiente inferiores a 10º C - superfícies molhadas. Não se misturam asfaltos diluídos com agregados úmidos nem se espalham misturas com chuvas ou sobre superfície úmida. Em pinturas de ligação não se recomenda a construção de novo revestimento, antes do final da cura, reconhecida na prática pelo estado pegajoso do asfalto, para evitar o escorregamento do novo sobre o antigo revestimento. Especificações e Métodos de Ensaios Os asfaltos diluídos de petróleo fabricados no País seguem rigorosamente às Especificações Brasileiras IBP/ABNT-P-EB-651 e IBP/ABNT-P-EB-652, nas quais são fixados os métodos de ensaios a serem seguidos. 2.3.3 Emulsões Asfálticas São dispersões de cimento asfáltico de petróleo em fase aquosa, com ruptura variável. Ruptura é a separação da fases aquosa da fase betuminosa. O tempo de ruptura depende, dentre outros fatores, da quantidade e tipo de emulsificante e a viscosidade depende do ligante residual. A quantidade de emulsificante utilizada varia entre 0,2 e 1 %, enquanto que a quantidade de cimento asfáltico é da ordem de 60 a 70 %. A cor das emulsões asfálticas antes da ruptura é marron e depois da ruptura é preta. As emulsões asfálticas podem ser classificadas: Quanto à carga de partícula em: - catiônicas - aniônicas - bi-iônicas - não-iônicas Quanto ao tempo de ruptura em: - ruptura rápida - ruptura média - ruptura lenta Atualmente , no Brasil, só são especificadas e usadas as emulsões catiônicas, pois apresentam boa adesividade tanto para agregados eletropositivos com para os eletronegativos. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 61 Notas de Aula – TRP 1002 A emulsificação dos CAPs se dá graças ao uso de emulsificante ou emulsificador que não permite a união das partículas de ligante que estão dispersas na fase aquosa. O emulsificante catiônico é o produto da reação de ácidos inorgânicos fortes, HCl com aminas graxas resultando numa molécula do tipo R-H C l N H3, que, em água, se dissocia em: R - NH3 + ( cation ) + C l - ( anion ) O radical R tem uma grande afinidade pelo asfalto, penetra em seus glóbulos que ficam eletrizados positivamente, evitando que se unam e o anion C l - fica na água. No ensaio de carga de partícula o glóbulo de asfalto se dirige para o catódio. As emulsões asfálticas catiônicas rompem mais por reação química entre o emulsificante e o agregado do que por evaporação da água. As emulsões asfálticas catiônicas se classificam em: Quanto a velocidade de ruptura Quanto a viscosidade Ruptura Rápida RR Ruptura Média RM Ruptura Lenta RL menos viscosa mais viscosa menos viscosa mais viscosa único tipo Para Lama Asfáltica 1 2 1 2 RR-1C RR-2C RM- 1C RM-2C RL-1C LA-1C LA-2C Tipos de emulsões asfálticas catiônicas: RR-1C Emulsão asfáltica catiônica de ruptura rápida, que se caracteriza pelo teor de resíduo asfáltico no mínimo de 62% com até 3% de solvente e viscosidade Saybolt Furol a 50ºC entre 20 e 90 segundos ( baixa viscosidade ) e desemulsibilidade superior a 50% utilizadas para tratamentos com areia e pinturas de ligação. RR-2C Emulsão asfáltica catiônica de ruptura rápida, com teor de resíduo asfáltico no mínimo de 67% com até 3% de solvente e viscosidade Saybolt Furol a 50ºC entre 100 e 400 segundos ( alta viscosidade) e desemulsibilidade não inferior a 50% utilizadas para tratamentos superficiais, macadames e pinturas de ligação. RM-1C Emulsão asfáltica catiônica de ruptura média, que se caracteriza por apresentar viscosidade Saybolt Furol a 50ºC entre 20 e 200 segundos, teor de solvente destilado de no máximo 12% , teor asfáltico residual de , no mínimo, 62% e desemulsibilidade no máximo de 50%. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 62 Notas de Aula – TRP 1002 RM-2C Emulsão asfáltica catiônica de ruptura média, que se caracteriza por apresentar viscosidade Saybolt Furol a 50°C entre 100 e 400 segundos, teor máximo de solvente destilado entre 3 e 12%, teor residual de ,no mínimo, 65% e desemulsibilidade no máximo de 50%. Tanto a RM-1C como a RM-2C são indicadas para os Pré-Misturados a Frio ( PMF ) em geral. A caracterização das emulsões de ruptura média em relação às de ruptura rápida é feita pelo ensaio de desemulsibilidade que consiste na mistura de uma dada quantidade de emulsão com uma outra quantidade de uma solução de aerossol ( dioctil sulfossucinato de sódio ) numa dada concentração que provoca desemulsibilidade medida pela quantidade que passa na peneira n°20 ou 0,84 mm: se ficar retido no máximo 50% é ruptura média e em caso contrário ruptura rápida. RL-1C Emulsão asfáltica catiônica de ruptura lenta, que se caracteriza por apresentar viscosidade Saybolt Furol à 25°C de no máximo 70 segundos, teor asfáltico residual de no mínimo 60%, sem solvente, caracterizada pelo teste de mistura com cimento ou filler silícico e utilizada para Pré-Misturados a Frio com finos que necessitam maior tempo de contato para envolvimento, sem ruptura. O teste de mistura com cimento ou filler consiste na mistura de emulsão com cimento ou filler que é passada na peneira n°14 ou 1,41 mm ,se ficar mais de 2% retido a emulsão é de ruptura lenta. LA-1C Emulsão asfáltica catiônica para lama asfáltica, que se caracteriza por apresentar viscosidade Saybolt Furol a 25°C máxima de 100 segundos, teor de resíduo asfáltico de no mínimo 58% e teor máximo de 2% no ensaio de mistura com cimento. LA-2C Emulsão asfáltica catiônica para lama asfáltica, que se caracteriza por apresentar viscosidade Saybolt Fyrol a 25°C máxima de 100 segundos, teor de resíduo asfáltico mínimo de 58% e para a qual não se exige o ensaio de mistura com cimento. Ruptura de uma emulsão catiônica é o fenômeno que ocorre quando os glóbulos de asfalto da emulsão dispersos na água e em contato com o agregado mineral sofrem uma ionização por parte deste, dando origem à formação de um composto insolúvel em água que se precipitará sobre o material pétreo. As emulsões asfálticas catiônicas rompem pela absorção da parte polar da molécula pelo agregado mineral com o qual entram em contato e também pela evaporação da água. O agregado se recobrirá de um filme graxo hidrófobo, que repelirá a água e fixará o ligante. Esta reação se processa independentemente de estar seco ou úmido o agregado. A ruptura é menos sensível às condições climáticas e esta propriedade é importantíssima por permitir o trabalho com tempo úmido. Não se deve confundir a ruptura ( o CAP se separa da água e adere o agregado ) com cura (evaporação da água e do solvente, quando houver ). Para se obter uma emulsão asfáltica catiônica necessitamos ter cimento asfáltico de petróleo, água, agente emulsificante e energia de dispersão da fase asfáltica na fase aquosa. Esta energia de dispersão é consumida na forma mecânica, pelo moinho coloidal que tritura o CAP em partículas de diâmetro médio da ordem de 2 a 5 micras e ainda na forma térmica, através do aquecimento do CAP para torná-lo trabalhável pelo moinho. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 63 Notas de Aula – TRP 1002 O comportamento das emulsões asfálticas depende da sua: - formulação - pode-se formular uma emulsão específica para cada obra. - fabricação - obter tamanhos de partículas convenientes, usar dosagem certa de um bom emulsivo catiônico, trabalhar nas temperaturas corretas, etc. - aplicação - teor de água para um bom envolvimento do agregado e para uma boa compactação Recomendações (a) Temperatura: Deverá ser sempre observada a temperatura ideal fornecida pela relação temperatura-viscosidade. São empregadas geralmente à temperatura ambiente desde que não seja inferior a 10°C, poderemos dar uma faixa de temperatura de 20 a 50°C em que são normalmente utilizadas. Nunca devem ser aquecidas acima de 70°C. (b) Transporte: Para distâncias muito grandes, dever-se-á observar o enchimento da carreta até a boca, o que evitará uma agitação maior do produto que poderá acarretar uma diminuição na viscosidade das emulsões. As carretas que transportarem as emulsões asfálticas deverão passar por uma inspeção antes de serem carregadas, para que se possa verificar se não carregaram anteriormente algum produto que possa deteriorar a emulsão. Em caso positivo estas carretas deverão ser vaporizadas. Todas as carretas que transportam emulsões deverão estar equipadas com bomba para a circulação do produto, não sendo necessário qualquer tipo de aquecimento. (c) Estocagem: Tomar cuidado de não misturar emulsões de tipos e/ou fabricantes diferentes ou então de descarregar o produto em tanques com lastro de outro produto, principalmente de asfaltos diluídos, pois o solvente destes altera a emulsão, deteriorando-a. (d) Manuseio: Recomenda-se que se faça uma recirculação do produto sempre que as emulsões ficarem estocadas por mais de trinta dias, antes de serem empregadas. Não se recomenda a utilização das emulsões nos serviços de pré-misturados a frio, sem que o fornecedor do produto tenha recebido uma amostra do agregado bem como a dosagem de emulsão que irá se empregar, ou que este tenha feito o projeto do pré-misturado a frio que se irá executar, afim de se evitar problemas de adesividade do agregado e ruptura das emulsões em contato com o mesmo. Não devem ser usadas sob ameaça de chuva. Os tanques de estocagem não necessitam de sistema de aquecimento nem tampouco revestimento térmico. Especificações e Métodos de Ensaio Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 64 Notas de Aula – TRP 1002 A Especificação Brasileira IBP/ABNT-P-EB-472 fixa as características exigíveis às emulsões asfálticas catiônicas para fins de produção e utilização. Estas emulsões estão sujeitas aos seguintes métodos de ensaios: a - Viscosidade Saybolt Furol b - Sedimentação c - Peneiração d - Resistência à água e - Mistura com cimento f - Mistura com filler silícico g - Carga da partícula h - pH i - Destilação j - Desemulsibilidade P-MB-581 P-MB-722 P-MB-609 P-MB-721 P- MB-496 P-MB-795 P-MB-563 P-MB-568 P-MB-586 P-MB-590 Ensaios sobre o Resíduo a - Penetração b - Teor de betume c - Ductibilidade MB-10 P-MB-166 P -MB-167 2.3.4 Asfaltos Modificados São obtidos pela combinação de polímeros e asfaltos compatíveis entre si. Estas combinações permitem obter misturas com maior durabilidade e elasticidade e menores deformações permanentes. 2.3.5 Asfaltos Oxidados Asfaltos oxidados ou soprados são asfaltos aquecidos e submetidos à ação de uma corrente de ar com o objetivo de modificar suas características normais, a fim de adaptá-los para aplicações especiais. Usados como impermeabilizantes, películas protetoras, etc. O processo produz as seguintes modificações: - Aumento do peso específico e consistência - Diminuição da ductilidade - Diminuição da susceptibilidade às variações de temperatura. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 65 Notas de Aula – TRP 1002 2.4 Misturas Definição: é a dosagem ( mistura ) de dois ou mais materiais (solos ou agregados ) com ou sem ligante visando a obtenção de um produto devidamente controlado e de eficácia já conhecida (Especificações ). Podem ser divididas em Misturas Graduadas e Mistura com ligantes. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 66 Notas de Aula – TRP 1002 2.4.1 - Misturas Graduadas São a misturas, em usina apropriada, de dois ou mais solos, agregados ou de ambos com o objetivo de se obter um produto final cuja curva granulométrica é dosada e totalmente controlada na sua obtenção. A produção das misturas graduadas passa pelas seguintes fases: (a) Especificações Os Departamentos Estaduais DER e o Departamento Nacional de Estradas de Rodagem DNER bem como outros órgãos nacionais ou estrangeiros possuem Especificações Técnicas próprias para tais misturas. (b) Composição Granulométrica Chamamos de Composição Granulométrica a mistura de dois ou mais solos e/ou agregados a fim de se obter uma mistura graduada dentro de determinadas exigências especificadas. Como nos é impossível controlar uma composição através de uma linha (Curva Granulométrica ) o fazemos através de uma faixa granulométrica especificada, isto é, possuímos especificados uma série de pares de valores máximos e mínimos toleráveis em cada peneira para a mistura graduada composta. Pode ser: - Mistura de dois materiais (Percentagens Passantes ) Peneiras X Y Faixa Curva Central ( pol ) Granulométrica Especificada 1 100 100 95-100 98 1/2 86 77 70-85 77 4 69 31 40-55 47 10 51 23 30-42 36 40 39 13 20-30 25 100 30 7 12-22 17 200 17 1 5-10 7 Toma-se uma das peneiras mais centrais para a determinação das percentagens de contribuição de cada material. Para a peneira n°10 teremos: P1 + P2 = 100 sendo: p1 a percentagem de material X, na mistura p2 a percentagem de material Y, na mistura ( P 1/100 ) .51 + ( P 2/100 ) . 23 = 36 P1 = 46% P2 = 54% - Mistura com quatro materiais ( Percentagens Passantes ) Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 67 Notas de Aula – TRP 1002 Peneiras pol 1 3/4 1/2 3/8 4 10 40 100 200 X Y Z R 100 71 35 10 2 1 0 0 0 100 100 100 85 56 32 11 6 3 100 100 100 100 98 91 59 16 2 100 100 100 100 100 100 98 91 71 Curva Central Especificada 100 90 78 70 56 42 21 11 4 Tolerâncias Especificadas ±7 " " " " ±4 " " ±2 Toma-se a peneira mais central em que três materiais passem 100% . Na peneira 1/2 a Mistura ( Curva Central Especificada ) deve ter 100 - 78 = 22 % de material retido que deve provir do Material X que possui 100 - 35 = 65% de material retido na peneira acima. ( P 1 / 100 ) . 65 = 22 P1 = 34% Na peneira n°200 o material para a mistura provém do material R que apresenta 71% passante nessa peneira. ( P 4 /100 ) . 71 = 4 P4 = 6% Na peneira n° 10 podemos tirar que: ( P1/100 ) . 1 + ( P2/100 ) . 32 + ( P3 /100 ) . 91 + ( P4 /100 ) . 100 = 42 1ª Equação 0,34 + 0,32 P 2 + 0,91 P 3 P1 + P2 + P3 + P4 = 100% + 6,00 = 42 2ª Equação 34% + P 2 + P 3 + 6% = 100% P2 = 28% P3 = 32% A Curva Granulométrica Composta, em cada Peneira, é obtida pelo somatório dos produtos das percentagens passantes em cada peneira pelas percentagens de contribuição de cada material na mistura. %pas n M = %pas n X . P1 + %pas n Y . P2 + %pas n Z . P3 + %pas n R . P4 sendo %Pas n = Percentagem passante acumulada na peneira qualquer n, na Mistura P1 ... = Percentagem de contribuição de cada material na mistura - Método Gráfico Um método gráfico bastante simples de ser aplicado para misturas de qualquer número de materiais é o Método de Rothfuchs. Consiste nos seguintes procedimentos: Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 68 Notas de Aula – TRP 1002 a - Traça-se a Curva Granulométrica da Mistura desejada, marcando-se, em ordenadas e em escala aritmética, as percentagens passantes, em peso mas utilizando-se, em abscissas, uma escala tal, para aberturas de peneiras, que a citada curva resulta numa reta que é a diagonal do retângulo. Isto é feito, traçando-se uma reta inclinada (diagonal do retângulo ) e marcando nela os tamanhos correspondentes às diferentes percentagens passantes. b - As Curvas Granulométricas dos diferentes agregados a serem misturados são traçadas no gráfico resultante denominado de Gráfico Granulométrico Especial. Normalmente não são linha retas. c - Com o auxílio de uma régua transparente, ajustam-se retas que mais se aproximam das curvas granulométricas especiais dos diferentes agregados. Isto é feito de tal modo que as áreas compreendidas entre as curvas e suas respectivas retas sejam mínimas e equivalentes. d - Ligam-se as extremidades destas retas para se obter as percentagens de contribuição de cada material. Unindo-se a extremidade inferior de primeira reta com a extremidade superior da segunda reta corta-se a diagonal num ponto P1 que representa a percentagem de contribuição do material graúdo, na mistura. Unindo-se a extremidade inferior da segunda reta com a extremidade superior da terceira reta corta-se a diagonal num ponto P2. A diferença entre P1 e P2 será a percentagem de contribuição do material médio, na mistura. Idêntico procedimento seria para a percentagem de contribuição do terceiro e/ou quarto material, na mistura. Unindo-se a extremidade inferior da penúltima reta com a extremidade superior de última reta corta-se a diagonal num ponto Pn que representa a percentagem de contribuição do material mais fino, na mistura. e - A Curva Granulométrica Composta, em cada peneira, é obtida pelo somatório dos produtos das percentagens passantes em cada peneira pelas percentagens de contribuição de cada material, na mistura, conforme equação já apresentada acima. (c) Calibragem dos Silos Alimentadores Será apresentada na disciplina de Pavimentação. (d) Execução e Controle de Qualidade dos Serviços Também, serão apresentados na disciplina de Pavimentação. 2.4.2 Misturas com ligantes Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 69 Notas de Aula – TRP 1002 São a mistura de solos, britas e ou de ambos com um ligante para se obter um produto final que tenha curva granulométrica controlada e apresente apreciável resistência a compressão simples, ao desgaste superficial e em alguns casos apresente também resistência à tensões de tração na flexão. 2.4.2.1 Ligadas com cimento portland - Concreto de cimento - Concreto magro - Brita cimento - Solo cimento - Solo melhorado com cimento 2.4.2.2 Ligadas com Cimento Asfáltico de Petróleo ou Misturas Betuminosas As Mistura Betuminosas são as mais utilizadas tanto em Pavimentação Rodoviária como em Pavimentação Urbana. As Misturas Betuminosas são a mistura em usinas apropriadas, a quente ou a frio, de agregados minerais, graúdo e/ou miúdo, com ou sem filler com ligante betuminoso ( Cimento Asfáltico de Petróleo, Emulsões Asfálticas Catiônicas ou Asfaltos Diluídos ), espalhadas e compactadas sob rigoroso controle de dosagem e compactação. As Misturas Betuminosas podem ser empregadas para: - Camada de Rolamento ou Revestimento - Camada de Ligação - Camada de Nivelamento - Camada de Base As Misturas Betuminosas podem ser classificadas segundo: (a) A temperatura de misturação, espalhamento e compactação - Misturas a quente: são realizadas com agregados e CAPs que sendo semi-sólido a temperatura ambiente necessitam ser aquecidas a temperaturas bem acima da temperatura ambiente para serem confeccionadas, espalhadas e compactadas. Pré-Misturado a Quente PMQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente CBUQ ou Concreto Asfáltico CA Areia Asfalto a Quente, Lençol Asfáltico - Misturas a frio: são realizadas com agregados e asfaltos liquefeitos geralmente emulsões asfálticas catiônicas e raramente asfaltos diluídos. Só se aquece um pouco o asfalto liquefeito ( T = 50ºC ). Elas são sempre espalhadas e compactadas na temperatura ambiente. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 70 Notas de Aula – TRP 1002 Solo Betume Lama Asfáltica Pré-Misturados a Frio PM (b) A estrutura interna - Com esqueleto mineral: as partículas do agregado se tocam, deixando vazios no agregado mineral, são constituídas por um agregado graúdo e um ou mais agregados miúdos. - Sem esqueleto mineral: denominados de mastiques que são dispersões de filler em cimento asfáltico de petróleo, sem vazios. As partículas de filler não se tocam. (c) Ao diâmetro máximo - Misturas Graúdas: são aquelas cujo diâmetro máximo é superior a 4,8 mm. Se apresentarem % Vv acima de 12% serão consideradas misturas permeáveis. Nesta, estão incluídos os PréMisturados em geral. - Misturas Miúdas: são aquelas cujo diâmetro máximo é inferior a 4,8 mm, denominadas de Argamassas Asfálticas dentre as quais temos: Lençol Asfalto a Quente e Areia Asfalto a Quente. (d) Ao teor de vazios - Densas - Semi-Densas - Aberta Misturas a quente Vv < 8% Vv: 8 - 12% Vv > 12% Misturas a frio Vv < 15% Vv: 15 - 22% Vv > 22% (e) A textura - Lisa - Áspera Comportamento Estrutural das Misturas Betuminosas As Misturas Betuminosas, que são termoplásticas e visco-elásticas estão sujeitas a dois tipos de solicitações: (a) Solicitações de cargas lentas, em temperaturas elevadas. Podem provocar fluência plástica ou ruptura por cisalhamento. A pior situação é a da camada de revestimento, pois as outras já recebem as solicitações um tanto amortecidas. Para resistir a essa fluência a mistura deve apresentar uma certa estabilidade que pode ser Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 71 Notas de Aula – TRP 1002 representada pela resistência ao cisalhamento ζ = C + σ tg φ. A coesão é dada pelo ligante betuminoso (CAP mais viscosos e filler ) e o atrito interno é dado pelo atrito entre as partículas de agregado sendo vantajoso o uso de agregados britados ( de arestas vivas e textura rugosa ) e com maior resistência ao desgaste. (b) Solicitações de cargas rápidas, em temperaturas mais baixas Provocam deformações elásticas reversíveis, despertando deformações e tensões de tração na flexão na face inferior da camada constituída de mistura betuminosa que, após um determinado número de repetições das solicitações, vão provocar o trincamento (fadiga a flexão ). Comportamentoe Hidráulico das Misturas Betuminosas Quanto a permeabilidade das misturas betuminosas podemos diferenciar: (a) Permeabilidade ao ar, indicada através da %Vv considerada importante devido a ação do ar no envelhecimento dos CAPs. (b) Permeabilidade à água permeabilidade. que será representada pelo clássico coeficiente de Parâmetros Físicos das Misturas Betuminosas Massa Específica Real ou Densidade δ = d = Mer = P / Vγágua δa = Massa específica real do asfalto δ f = Massa específica real do filler δ af = Massa específica real do agregado fino δag = Massa específica real do agregado graúdo Peso unitário ou Peso da unidade de volume γ =P / V g / cm3 ou kg / m3 ou t / m3 Esquema de um corpo de prova Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 72 Notas de Aula – TRP 1002 Vv = Volume de vazios da mistura Va = Volume ocupado pelo asfalto Vam = Volume sem agregado mineral ( Vv + Va ) Vf = Volume de filler Vaf = Volume de agregado fino Vag = Volume de agregado graúdo Massa Específica Média para três materiais Sejam: VA = Volume de Material A, na mistura VB = Volume de Material B, na mistura VC = Volume de Material C, na mistura Vt = Volume Total Pa = Peso de asfalto Pf = Peso de filler Paf = Peso de agregado fino Pag = Peso de agregado graúdo Pt = Peso total PA = Peso de Material A, na mistura PB = Peso de Material B, na mistura PC = Peso de Material C, na mistura Pt = Peso Total % de contribuição dos materiais A, B e C na mistura x% = 100 . PA / Pt y% = 100 . PB / Pt z% = 100 . PC / Pt PA = x% . Pt/100 PB = y% . Pt / 100 PC = z% . Pt / 100 δA = PA / VA δB = PB / VB δC = PC / VC δm = Massa Específica real média δm = Pt / Vt = [ PA + PB + PC ] / [ VA + VB + VC ] δm = Pt / 100 . [ x% + y% = z% ] / [ PA / δ A + PB / δ B + PC / δ C ] Multiplicando e dividindo por 100% / Pt δm = [ x% + y% + z% ] / [ 100 . PA / δA . Pt + 100 . PB / δB . Pt + 100 . PC / Pt ] ou δm = [x% + y% + z% ] / [ x% / δA + y% / δB + z% / δC ] δm = 100% / [ x% / δA + y% / δB + z% / δC ] Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 73 Notas de Aula – TRP 1002 Determinação da Massa Específica Real Teórica ou Densidade Teórica Para um mistura com Volume de Vazios nulo, podemos escrever: δmt ou Dmt = Pt / [ Va + Vf + Vaf +Vag ] pois Vt = Va + Vf + Vaf + Vag e V = P / δ δmt ou Dmt = Pt / [ Pa / δa + Pf / δf + Paf / δaf + Pag / δag ] Multiplicando-se e dividindo-se por: 100%. Pt δm ou Dmt = 100% /[1/δa.100%Pa / Pt + 1/δf.100% Pf / Pt +1/δaf.100%Paf +1/δag100%Pag/Pt] Em função da percentagem com que os materiais entram na mistura: Asfalto %A = 100%Pa /Pt Agregado fino %aAF = 100%Paf / Pt Filler %F = 100%Pf / Pt Agregado graúdo %AG = 100%Pag / Pt δmt ou Mdt = 100% [ %A / δa + %F / δf + %AF / δaf + %AG / δag ] δmt ou Mdt = 100% / [ ou %A / δa + (100 - %A ) / δm ] Percentagem de Vazios da Mistura Vt > Vv 100% > %Vv Na mistura sem vazios temos: % Vv = 100 . Vv / V δmt = Ps / Vs %Vv = [ Vt-Vs ] 100 / Vt = [ Vt - Ps / δmt ]100 / Vt ou Vs = Ps / δmt e d = Ps / Vt dividindo-se por Vt teremos: %Vv = [ Vt / Vt - Ps / δmt Vt ]100 / [ Vt / Vt ] %Vv = [ 1 - Ps / ( δmt Vt ) ] 100 / 1 %Vv = [1 - d / δmt ]100 / 1 %Vv = [ δmt - d ] .100 / δmt Percentagem de Vazios do Agegado Mineral %Vam = %Vv + %Va %Va = 100 Va / Vt δa = Pa / Va Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro Va = Pa / δa 74 Notas de Aula – TRP 1002 %Va = [ Pa /δa /Vt ] . 100 Dividindo-se por Pt teremos: 100 Pa / Pt = %A %Va = [ 100 Pa / δa Pt ] / [ Vt /Pt ] %Va = [ %A /δa ] / [ 1 / d ] %Va = %A d / δa %Vam = [ δmt - d ] 100 / δmt + %A d / δa Relação Asfalto-Vazios do Agregado Mineral Rav = 100 Va / Vam %Rav =%Va 100 / %Vam %Rav = [ % A d / δa ] / [ ( δmt -d ) / δmt + %A D / δa ] 2.5 Dosagem de Misturas Betuminosas Os Parâmetros Físicos já foram apresentados acima, passaremos a apresentar o Método de Dosagem, mais utilizado no Brasil, que é o Método Marshall. As características de estabilidade ou seja de resistência ao fluxo plástico (deformação permanente ) podem ser determinadas através de ensaios empíricos tais como: - Ensaio Marshall - Ensaio de compressão simples - Ensaio de compressão diametral - Ensaio triaxial - Ensaio de cedência O Projeto de Pavimentação define: (a) Tipos de misturas e as camadas onde vão ser empregadas (b) Faixas Granulométricas (c) Tipos de ligante (d) Tipos de agregados (e) Especificações da mistura. (Marshall ) Com as definições dadas pelo Projeto de Pavimentação e com as amostras dos materiais disponíveis passa-se ao Projeto da Mistura Betuminosa ou Dosagem. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 75 Notas de Aula – TRP 1002 Ensaio Marshall DNER ME- 043 - 94 (a) Definições - Agregado : todo o material sólido, inerte e granular que faz parte da mistura - Massa específica dos grãos ou fragmentos: razão da massa dos grãos ou fragmentos, ao ar e a 25ºC, para a massa de um volume de água destilada a 25 ºC, igual ao volume dos grãos ou fragmentos, inclusive os vazios impenetráveis e exclusive todos os demais vazios. - Massa específica aparente do corpo-de-prova: razão de massa, ao ar e a 25 ºC, do corpo-deprova, para a massa ao ar e a 25 ºC, de um volume de água destilada, igual ao volume aparente do corpo-de-prova. - Estabilidade Marshall: resistência máxima à compressão radial, apresentada pelo corpode-prova, quando moldado e ensaiado de acordo com o processo estabelecido neste procedimento em N ou kgf. Também definida como sendo a carga ou Força F que, aplicada a 60 ºC em valores crescentes com uma velocidade de 50 mm/minuto, rompe o corpo-de-prova. - Fluência Marshall: deformação total apresentada pelo corpo-de-prova, desde a aplicação da carga inicial nula até a aplicação da carga máxima, expressa em décimos de milímetros ou em centésimos de polegadas, ou diminuição total. - Teor de betume em relação à mistura: razão da massa de material betuminoso, contida na mistura betuminosa, para a massa da mesma mistura, expressa em percentagem. - Teor de betume em relação aos agregados: razão da massa de material betuminoso, contida na mistura betuminosa, para a massa de agregado contida na mesma mistura. - Vazios de agregado: volume total dos espaços existentes entre os agregados do corpo-deprova ( preenchidos ou não por material betuminoso ), expresso percentualmente em relação ao volume aparente do corpo-de-prova. - Vazios não preenchidos: volume dos espaços vazios do corpo-de-prova, expresso percentualmente em relação ao volume aparente do corpo-de-prova. - Vazios preenchidos: volume acupado pelo material betuminoso da mistura, expresso percentualmente em relação ao volume de vazios do agregado. (b) Aparelhagem - Prensa capaz de aplicar carga de até 4.000 kgf, mecânica ou manual, com embolo movimentando-se a uma velocidade de 5,0 cm/min. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 76 Notas de Aula – TRP 1002 - Molde de compactação de aço, consistindo em anéis superior e inferior com φ ≅ 10,0 cm e uma placa mãe. - Soquete de compactação de aço, com 4.540 gramas de massa e uma altura de queda livre de 45,72 cm. - Medidor de fluência, etc. (c) Ensaio (c1) Prepara da mistura - Secar os agregados até massa constante - Efetuar a análise granulométrica de cada agregado - Compor a mistura dos agregados, de forma a enquadrá-los na faixa granulométrica especificada no projeto. (c2) Confecção dos corpos-de-prova - Estimar a percentagem ótima de material betuminoso, através da experiência ou pela Fórmula de Duriez ou por especificação. - Os corpos-de-prova devem ser moldados com as seguintes percentagens de betume ( Pb ) Pbo - 1%, Pbo - 0,5%, Pb0, Pbo +0,5%, Pbo +1% - Preparar 3 corpos-de-prova para cada teor de betume, com 1.200 g de massa e com altura de ( 6,35 ±0,13 0cm ). - A temperatura do ligante para ser misturado com os agregados é aquela que corresponde a uma viscosidade Saybolt Furol de 85 ± 10 SSF. - A temperatura de compactação da mistura é aquela na qual o ligante apresenta uma viscosidade Saybolt Furol de 140 ± 15 SSF. - A temperatura dos agregados deve ficar 28ºC acima da temperatura de aquecimento do ligante desde que não ultrapasse 177ºC. - O molde de compactação e a base do soquete devem estar limpos e aquecidos a uma temperatura entre 90 e 150ºC. - Colocar, no molde, a mistura, de um a só vez. - Acomodar a mistura quente com quinze golpes vigorosos de espátula ao redor do molde e dez no centro da massa. - Aplicar, com o soquete 50 golpes, por face do corpo-de-prova, para pressão de pneu até 0,69 Mpa ou 7,0 kgf/cm² ou 75 golpes, por face do corpo-de-prova, para pressão de pneu de 0,69 Mpa a 1,38 Mpa ou de 7,0 a 14,0 kgf/cm². - Após a compactação, retirar cuidadosamente o corpo-de-prova e deixá-lo em repouso sobre uma superfície plana, no mínimo por 12 horas, à temperatura ambiente. - A altura do corpo-de-prova deve ser de 6,35 ± 0,13 cm, medida com paqímetro em quatro posições diametralmente opostas. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 77 Notas de Aula – TRP 1002 (c3) Determinação da massa específica aparente dos corpos-de-prova. - Processo de parafina. (c4) Determinação da estabilidade e da fluência - Limpar as superfícies do molde - Imergir os corpos-de-prova em banho-maria a 60 ± 1,0 ºC. - Operar a prensa aplicando uma velocidade de 5 cm/min. até o rompimento do corpo-de-prova. - Anotar o valor máximo lido no deflectômetro. - Converter esta leitura, no gráfico de calibração, em carga de ruptura ou estabilidade lida que em função do tamanho do corpo-de-prova ( tabela ) nos dará a estabilidade corrigida ou estabilidade Marshall. O valor da fluência é obtido simultaneamente ao da estabilidade. O valor é lido e anotado. (c4) Massa específica média dos grãos dos fragmentos. - NBR 6508 e NBR 6458 (c5) Determinação dos índices - Massa específica teórica máxima - NBR 6296 - Vazios não preenchidos - Vazios do agregado - Vazios preenchidos (c6) Escolha do teor ótimo de material betuminoso Preparar cinco ou seis gráficos cartesianos, representando, em abcissas, a percentagem de material betuminoso e, em ordenadas, as médias dos seguintes valores, correspondentes a cada teor de betume: - estabilidade Marshall - fluência - vazios não preenchidos ou Volume de vazios - vazios preenchidos ou relação betume-vazios - massa específica aparente do corpo-de-prova - relação betume-vazios Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 78 Notas de Aula – TRP 1002 O teor de material betuminoso ótimo será a média entre o teores de material betuminoso correspondentes a: 1 - máxima estabilidade 2 - máxima massa específica aparente dos corpos-de-prova 3 - valor médio da percentagem de vazios não preenchidos conforme Tabela 2. 4 - valor médio dos vazios preenchidos de material betuminoso conforme Tabela 2 . Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 79 Notas de Aula – TRP 1002 Tabela 2 Características recomendada Determinações Critérios 0,69 MPa 7,0 kgf/cm² 2500 ( 250 ) 20 - 46 8 - 18 Estabilidade Marshall N (kgf ) Fluência 0,1 milímetro ( 0,01 polegada ) % de vazios não preenchidos (Vv ) a - Concreto asfáltico - camada de rolamento - camada intermediária 3 4 b - Pré-misturado - camada de rolamento - camada intermediária c - Areia-betume % de vazios preenchidos de material betuminoso ( Vp ) a - Concreto asfáltico - camada de rolamento - camada intermediária a a Pressão de pneu 1,38 MPa 14,0 kgf/cm² 3500 ( 350 ) 20 46 8 18 5 6 3 4 a a 5 6 3 a 4 a 5 10 3 4 a a 5 10 3 8 3 a 8 a 75 65 a a 82 72 75 65 a a 82 72 b - Pré-misturado - camada de rolamento - camada intermediária 75 50 a a 82 70 75 50 a a 82 70 c - Areia-asfalto 65 a 82 65 a 82 Para areia-asfalto, a estabilidade mínima é de 1500 N (150 kgf ). Observação: % VAM – % de vazios no agregado mineral. Embora não especificado no método Marshall original, apresentando valor baixosignifica – volume pequeno no agregado mineral e portanto pouco asfalto para poder cumprir a exigência do máximo RBV (evitar a exudação); a exogência do mínimo % RBV por si só não garante um mínimo de asfalto necessário à durabilidade da mistura. Faz-se necessário especificar um valor mínimo de % VAM, que depende do Dmáx e da densidade real do agregado. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 80 Notas de Aula – TRP 1002 2.6 Obtenção das Misturas A execução de camadas com mistura, com ou sem ligantes, compreende as seguintes fases: - Dosagem e Mistura - Transporte - Espalhamento - Compactação 2.6.1 Dosagem e Mistura A dosagem e a mistura se realizam em unidades apropriadas denominadas de Usinas. As utilizadas para mistura e dosagem de materiais sem ligantes ou com ligantes a frio ( EA ou AD ) são denominadas de Usinas de Solos ou de Pré-misturados a Frio e as com ligante a quente ( CAP ), de Usinas de Asfalto ou Usinas de Concreto Betuminoso Usinado a Quente. As Usinas podem ser: (a) Volumétricas: quando os fluxos dos agregados, do ligante e/ou água e da mistura são ininterruptos e por esta razão são denominadas de usinas contínuas (produção constante ). (b) Gravimétricas: quando os fluxos dos agregados, do ligante e/ou água e da mistura são intermitentes, também denominadas de usinas descontínuas. (c) Tambor- misturador ( Drum-Mixer ) : quando os fluxos dos agregados, do ligante e/ou água e da mistura são contínuos pois a pesagem é feita por balança eletrônica ( ponte de pesagem na correia transportadora ). Todas elas podem ser instalações fixas ( permanentes ) ou móveis (portáteis ) . Podemos distinguir as seguintes Partes Fundamentais: Nas Usinas de Solos ou de Pré-misturados a Frio: 1 - Unidade de alimentação dos agregados ( Silos frios ) 2 - Transportador de agregados 3 - Unidade de dosagem de ligante ( bomba de engrenagens com fluxo constante ) 4 - Unidade de dosagem de água ( bomba de engrenagens com fluxo constante ) 5 - Misturador 6 - Tanques de estocagem 7 - Unidades complementares Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 81 Notas de Aula – TRP 1002 Nas Usinas de Concreto Asfáltico ou Concreto Betuminoso Usinado a Quente: Volumétricas 1 - Unidade de alimentação de agregados frios ( Silos frios ) 2 -Transportador de agregados frios 3 - Secador 4 - Ciclone 5 - Elevador de agregados quentes 6 - Unidade de dosagem de agregados quentes ( Peneira vibratória e Silos quentes ) 7 - Unidade de dosagem de ligante 8 - Unidade de dosagem de filler 9 - Misturador 10 - Sistema de aquecimento 11 - Tanques de estocagem ( ligante e óleo combustível ) 12 - Unidade complementares Gravimétricas 1 - Unidade de alimentação de agregados frios ( Silos frios ) 2 -Transportador de agregados frios 3 - Secador 4 - Ciclone 5 - Elevedor de agregados quentes 6 - Unidade alimentadora de quentes ( Peneira vibratória e Silos quentes ) 7 - Balança 8- Unidade de dosagem de ligante 9 - Unidade de dosagem de filler 10 - Misturador 11 - Sistema de aquecimento 12 - Tanques de estocagem ( ligante e óleo combustível ) 13 - Unidade complementares Tambor-misturador 1 - Unidade de alimentação de agregados frios ( Silos frios ) 2 -Transportador de agregados frios 4 - Balança eletrônica 5 - Secador-misturador 6 - Unidade de dosagem de ligante 7 - Unidade de dosagem de filler 8 - Sistema de aquecimento 9 - Tanques de estocagem ( ligante e óleo combustível ) 10 - Silo de armazenagem de massa asfáltica Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 82 Notas de Aula – TRP 1002 11 - Unidade complementares 1 - Unidade de alimentação de agregados frios A unidade de alimentação fria destina-se a realizar a dosagem dos agregados que constituem a mistura. Possui três ou quatro silos para materiais diferentes. Sob os silos existe uma correia transportadora cuja função é conduzir os agregados, já dosados, provenientes de cada silo, para o transportador de agregados frios. O deslocamento dos materiais de cada silo pode se processar por intermédio de vários dispositivos, tais como: a - Correia transportadora: é uma correia de borracha e lona, de largura igual ou maior que a boca do silo, que se desloca continuamente sobre uma estrutura metálica dotada de roletes de apoio, transportando o agregado que se encontra sobre ela. É utilizada para agregados finos, como a areias e o pedriscos. O volume dependerá do abertura da comporta e da velocidade da correia. b - Placa oscilante: é uma chapa metálica, colocada embaixo da boca do silo, de secção em U ligada a um dispositivo que permite o movimento de vai e vem. Quando a gaveta de desloca para a frente transporta o agregado que se encontra sobre ela e no deslocamento para trás o agregado cai na correia transportadora. O volume transportado dependerá do curso da chapa e da abertura do portão. c - Unidade vibratória: é um vibrador fixado na parede do silo e cuja vibração produz o deslocamento contínuo das partículas. Sob a parte inferior da boca do silo existe uma chapa metálica rotulada na parte posterior, permitindo regular a abertura por onde sairá o agregado. Esta regulagem de abertura permitirá dosar a quantidade de agregado necessário. A alimentação fria desempenha um papel importante na execução de misturas dentro dos requisitos de projeto, pois, dela depende o adequado proporcionamento dos agregados que irão produzir a mistura dentro dos requisitos, faixa granulométrica, desejados. Para uma produção uniforme da usina devemos observar: - o tamanho dos agregados nos depósitos devem ser os indicados, no projeto. - evitar a segregação. Pilhas trapezoidais. - não permitir intermistura de agregados dos diversos depósitos - abertura corretas dos portões dos silos, determinadas pelos gráficos de calibração. - manter os portões desobstruídos (impurezas ) - eliminar a formação de arcos nos agregados finos, usando secções retangulares na parte inferior dos silos. Calibração Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 83 Notas de Aula – TRP 1002 A calibração de uma usina é o conjunto de operações necessárias para regular seus diversos componentes de maneira a se obter uma mistura dentro das tolerâncias de projeto, quer quanto a curva granulométrica, quer quanto a teor de asfalto ou água ou quanto aos tipos de agregados. Consiste em: - Determinar o gráfico de correlação entre abertura do portão e/ou velocidade da correia transportadora e a produção horária de agregado, de cada silo. - Determinar a curva de correlação entre a rotação, velocidade ou número de dentes das engrenagens das bombas dosadoras e a sua produção horária. - Determinar as aberturas necessárias dos silos, velocidade, rotação ou número de dentes das engrenagens das bombas dosadoras para cada projeto de mistura. - Coletar amostras para verificação do produto final obtido. ( Projeto ). 2 - Transportador de agregados frios Tem por finalidade recolher a mistura de agregados provenientes da unidade de alimentação fria e transportá-la ao secador ou misturador. 3 – Secador É constituído de um tambor metálico que gira em torno de um eixo quase horizontal, um queimador a óleo, uma chaminé e uma pequena caixa que recebe os agregados transportados pelo elevador de frios. O fluxo de agregados é oposto ao fluxo dos gases quentes provenientes da combustão do óleo (deisel ou combustível ). O secador tem dupla finalidade: secagem e aquecimento dos agregados. A produção da usina depende da capacidade do secador (ton / hora ) variável em função de: - Diâmetro - Comprimento - Velocidade dos gazes da combustão - Umidade dos agregados - Tempo de permanência do agregado no secador - Percentagem de carregamento do secador. 4 – Ciclone As partículas menores que a peneira nº 20, podem ser carregadas pelos gases de combustão. A finalidade do ciclone é recuperar e reintroduzir esta parcela de finos na mistura de agregados. Ele consiste num recipiente com forma cilíndrica, possuindo a parte inferior afunilada, em cujo vértice existe um sem-fim que devolve os finos coletados aos agregados quentes que saem do secador. Possui também um tubo para o escape dos gases. Estes gases Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 84 Notas de Aula – TRP 1002 ainda levam finos em suspensão ( poluição ) que para serem retirados há necessidade do emprego de coletores do tipo úmido. 5 - Elevador de agregados quentes É utilizado para transportar (elevar ) os agregados que saem do secador para a unidade alimentadora de quentes. Este elevador é do tipo de caçambas montadas numa corrente metálica, envolvida por uma caixa metálica que serve para evitar a perda de temperatura e dos finos transportados. 6 - Unidade alimentadora de quentes ( Peneira vibratória e Silos quentes ) Esta unidade tem uma função de policiamento da granulometria dos agregados. É constituída de: - Unidade de peneiração: é uma peneira vibratória em que o número de panos (decks ) de depende das frações em que serão separados os agregados. - Silos metálicos: após o peneiramento os agregados serão estocados nos silos quentes que estão situados embaixo da peneira. - Dispositivos para dosagem das frações de agregados Nas usinas volumétricas na parte inferior de cada um dos silos existe um dispositivo que permite a regulagem do fluxo contínuo dos agregados que serão levados ao misturador. Nas usinas gravimétricas, existe uma comporta que permite alimentar a balança, situada embaixo dos silos, com as quantidades de agregados necessárias para uma dosagem ( em peso). 8- Unidade de dosagem de ligante A unidade desadora de asfalto pode ser constituída por um recipiente especial que fornece a quantidade desejada de ligante ( gravimétricas ) ou por uma bomba de fluxo constante (volumétricas ). 9 - Unidade de dosagem de filler É um pequeno silo metálico, tendo na extremidade inferior um cilindro metálico horizontal no interior do qual funciona um sem-fim. Na extremidade deste um dispositivo que permite a regulagem do fluxo de filler que será transportado para o misturador ou balança por um elevador de caçambas. Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 85 Notas de Aula – TRP 1002 10 - Misturador Os misturadores das usinas são constituídos por uma caixa metálica no interior da qual giram dois eixos gêmeos paralelos com movimento de rotação em sentidos opostos. A estes eixos estão fixados braços de aço, em cuja extremidade possuem pás que permitem regulagem de inclinação. A distância, entre as pás e as paredes da caixa metálica, é regulada pelo tamanho máximo do agregado. A finalidade básica do misturador é a execução de uma mistura homogênea dos agregados entre si ou com a água ou com o ligante de tal maneira que a quase totalidade das partículas de agregado fiquem envolvidas pelo ligante ou pela água. Para que a mistura seja homogênea é necessário que ela seja misturada durante um certo período de tempo denominado de tempo de mistura. 11 - Sistema de aquecimento O aquecimento, dos tanques de asfalto, de óleo combustível, do misturador, da bomba de asfalto e das canalizações é feito através da circulação de óleo térmico ou vapor de água devidamente aquecido em caldeira apropriada e a temperaturas pré-determinadas em função das características dos materiais e das misturas. O aquecimento dos agregados é feito pela queima de óleo combustível devidamente aquecido. 12 - Balança eletrônica A balança eletrônica permite uma dosagem mais precisa pois as agregados serão medidos em peso. 13 - Secador-misturador A secagem dos agregados é efetuada por radiação, na primeira região do tambor, quando a umidade é removida. A mistura dos agregados com o asfalto, é feita na região posterior, onde o asfalto é introduzido no tambor e é efetuada a cobertura dos agregados pelo asfalto. As Operações de Transporte, Espalhamento e Compactação de Misturas para obtenção de camadas do pavimento serão apresentadas na Cadeira de Pavimentação ( Execução de Pavimentos ). Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 86 Notas de Aula – TRP 1002 Profs. Valmir Brondani e Rinaldo Pinheiro 87