estudo comparativo entre os ensaios rotarex

SECOND INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON MAINTENANCE AND REHABILITATION OF

PAVEMENTS AND TECHNOLOGICAL CONTROL JULY 29 – AUGUST 1, 2001 AUBURN, ALABAMA, USA

ESTUDO COMPARATIVO ENTRE OS ENSAIOS ROTAREX, SOXLET E MUFLA NA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE BETUME

DE UMA MASSA ASFÁLTICA

A COMPARATIVE STUDY BETWEEN RESULTS OBTAINED IN TESTS WITH SOXLET, ROTAREX AND MUFLA EQUIPMENT,

WHILE DETERMINING BITUMEN PROPORTION FROM A HOT MIX ASPHALT (HMA)

Patricia Barboza da Silva Civil Engineer Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Rua Professor Almeida Prado, 532 CEP 05508-901 – São Paulo – SP Brasil [email protected] Rita Moura Fortes Professor of Civil Engineering Escola de Engenharia da Universidade Presbiteriana Mackenzie Rua da Consolação, 896 CEP 01302-907 – São Paulo – SP Brasil [email protected]

Paper 01-010

2nd International Symposium on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, July 29 – August 1, 2001, Auburn, Alabama, USA.

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ABSTRACT This research paper presents a study with the main purpose of appraising the compatibility among the results obtained in tests with Soxlet, Rotarex and Mufla equipment, while determining bitumen proportion from a Hot Mix Asphalt (HMA). Therefore, three different kinds of tests using the same sample have been carried out, and, in order to compare the results, variance analysis (ANOVA) were made. Through this analysis it was possible to evaluate which equipment may present compatible results and, on that account, define the best ones which may be used to determine bitumen proportion from a bituminous mixture. KEY WORDS Bitumen, compatibility, hot mix asphalt, variance analysis RESUMO O trabalho apresenta um estudo com o propósito de avaliar a compatibilidade entre os resultados obtidos nos ensaios utilizando os equipamentos Soxlet, Rotarex e Mufla na determinação do teor de betume de um Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ). Foram, então, realizados os 3 (três) tipos de ensaios em uma mesma amostra e, para comparação dos resultados obtidos utilizou-se a análise de variâncias (ANOVA). Através dessa análise foi possível avaliar quais equipamentos fornecem resultados compatíveis e assim definir os mais indicados para a determinação do teor de betume em uma mistura betuminosa do tipo CBUQ. PALAVRAS CHAVE Betume, compatibilidade, concreto betuminoso usinado a quente, análise de variâncias


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INTRODUÇÃO Para a tecnologia de pavimentação, a determinação do teor de betume é de grande importância pois o excesso ou a falta de ligante em uma mistura pode deixá-la deficiente e até mesmo causar alguns defeitos no pavimento já existente. A determinação do teor de betume em uma mistura pode, também, auxiliar no diagnóstico de deficiências nos pavimentos no caso de manutenção dos mesmos. Pela relevância do tema e como a determinação do teor de ligante de uma mistura betuminosa pode ser obtida através de diferentes procedimentos, sendo os mais comuns utilizando-se o Rotarex, o Soxlet ou a Mufla, essa pesquisa foi desenvolvida com o objetivo de verificar a compatibilidade entre os resultados de ensaios utilizando-se esses equipamentos. Uma vez que estes ensaios envolvem conceitos e procedimentos de execução diferentes, e esperado que apresentem certa dispersão em seus resultados. A amostra utilizada na realização do trabalho foi um Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ), que é uma combinação de agregados uniformemente misturados recobertos por cimento asfáltico (1) e as amostras foram moldadas utilizando-se o método Marshall, que mede a estabilidade e a fluência da mistura, além de fornecer o teor ótimo de asfalto na mesma. Para verificar-se a compatibilidade entre os resultados obtidos nos ensaios utilizou-se uma análise estatística denominada Análise de Variâncias (ANOVA) que, através de comparação das médias testa as hipóteses de igualdade ou não das médias dos resultados obtidos nos ensaios. A INFLUÊNCIA DO LIGANTE ASFÁLTICO NA QUALIDADE DA MISTURA O asfalto exerce, dentre outras, duas importantes funções no pavimento: aglutinadora e impermeabilizadora (2). Como aglutinante, proporciona uma íntima ligação entre agregados, capaz de resistir à ação mecânica da desagregação produzida pelas cargas dos veículos. Como impermeabilizante garante ao pavimento vedação eficaz contra a penetração da água proveniente tanto da precipitação quanto do subleito por ação capilar. Além de proporcionar estas características, o asfalto também garante ao pavimento flexibilidade, o que permite sua acomodação sem a ocorrência de fissuras e eventuais recalques. Numa mistura betuminosa , as principais funções do ligante betuminoso são de ligar as partículas granulares entre si e impermeabilizar a camada de pavimentação. Além disso o 2nd International Symposium on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control, July 29 – August 1, 2001, Auburn, Alabama, USA.

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ligante funciona também como lubrificante das partículas granulares, o que facilita bastante as operações de compactação (3). Portanto, uma dosagem correta de material betuminoso em uma mistura asfáltica é de fundamental importância para o bom desempenho mecânico e para a vida útil de uma camada. Entre as deficiências causadas pela dosagem incorreta de betume na mistura, pode-se salientar as seguintes (4, 5): • Baixa estabilidade: a principal causa é o excesso de betume na mistura. • Oxidação acelerada: a principal causa é a falta de ligante na mistura, o que causa uma

existência maior de vazios na camada, deixando os agregados mais expostos a umidade e ao ar.

• Baixa resistência a fadiga: tem como principais causas um baixo teor de betume, excesso de vazios na mistura, baixa compactação e, consequentemente, uma espessura inadequada da camada asfáltica.

• Permeabilidade excessiva: é provocada pelo baixo teor de betume, o que causa uma quantidade maior de vazios. Pode também ser causada pela compactação inadequada da camada.

• Menor resistência a derrapagem (baixo atrito pneu/pavimento): causada principalmente pelo excesso de asfalto na mistura.

• Desagregações: Pode ser causada pela dosagem não uniforme ou por uma subdosagem de material betuminoso.

• Exsudações: uma de suas principais causas é a superdosagem de material betuminoso.

• Corrugação: tem como uma de suas causas a dosagem não uniforme do ligante na mistura.

Com relação aos defeitos ocasionados nas camadas betuminosas de um pavimento devidos a dosagem inadequada de betume, ainda podem ser citadas as deformações plásticas – por exemplo o afundamento da trilha de roda – causadas pelo excesso de betume na mistura. Esse tipo de deformação causa desconforto ao usuário e pode também provocar a diminuição da segurança da via. MATERIAIS UTILIZADOS O CBUQ utilizado, de acordo com a especificação fornecida na usina da Prefeitura Municipal de São Paulo (PMSP), pertence a faixa V, que tem as especificações apresentadas na Tabela 1.


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Tabela 1 Granulometria dos agregados

Peneiras (mm)

%, em massa, que passa

12,5 100 9,52 92 – 100 4,80 74 – 90 2,38 60 – 80 2,0 --- 0,42 30 – 50 0,175 16 – 32 0,075 6 – 12

• Utilização: rolamento. • Asfalto solúvel no CS2 (%): 5,5 a 7,5. • Tipo de tráfego: muito leve. • Espessura compactada: 3,0 a 5,0. ENSAIO COM O EQUIPAMENTO SOXLET O ensaio com o equipamento Soxlet (Figura 1) consiste basicamente em separar o asfalto do agregado através de sua dissolução em solvente.

Figura 1 Equipamento Soxlet


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Para a execução deste trabalho como não existem nenhuma norma em vigor no Brasil, os ensaios foram realizados de acordo com A.S.T.M. D 2172 (6).

Considerações sobre o ensaio Na realização deste ensaio ocorre uma pequena perda de material fino (agregado), isso devido ao transbordamento de amostra sobre o cone de papel filtro, ou mesmo pela fração da amostra que não fica retida no papel filtro (7). Resultados obtidos Os resultados obtidos no ensaio com o equipamento Soxlet estão expressos na Tabela 2.

Tabela 2 Resultados obtidos nos ensaios com o equipamento Soxlet

amostra mistura (g)

agregado (g)

teor de

betume (%)

média desvio padrão

coeficiente de variação da amostra

variância

1 412,38 386,93 6,2 2 412,86 388,05 6,0 3 405,81 382,81 5,9 4 400,69 377,07 5,9 5 398,05 373,45 6,2 6 384,52 362,68 5,7 7 396,86 372,89 6,0 8 405,17 382,22 5,7 9 405,49 380,61 6,1 10 410,04 384,87 6,1

6,0 0,181353 0,030327 0,032889

Observação: Para expressar os valores de desvio padrão, coeficiente de variação da amostra e variância, utilizou-se maior quantidade de algarismos significativos para que fosse possível perceber com maior exatidão a variação entre os resultados obtidos nos ensaios em estudo. ENSAIO COM O EQUIPAMENTO ROTAREX

O ensaio com a utilização do equipamento Rotarex (Figura 2) consiste basicamente em separar o asfato do agregado através de sua dissolução em solvente. Os ensaios foram realizados utilizando-se como referência a norma existente (8). Considerações sobre o ensaio Na execução deste ensaio ocorre perda de muito material fino (agregado), essa perda se dá devido ao fato de o aparelho girar e durante esse processo ser feita a “lavagem”do agregado por centrifugação. Assim o material fino escapa pela borda do prato através do


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espaço (pequeno) que fica entre o prato centrifugador e o papel filtro, apesar de ser feito o travamento da tampa do aparelho (7).

Figura 2 Equipamento Rotarex Resultados obtidos Os resultados obtidos no ensaio com o equipamento Rotarex estão expressos na Tabela 3.

Tabela 3 Resultados obtidos nos ensaios com o equipamento Rotarex

amostra mistura (g)

Agregado (g)

teor de

betume (%)



variância

1 734,90 688,50 6,3 2 802,10 748,50 6,7 3 755,80 708,60 6,2 4 803,60 754,20 6,1 5 926,30 868,30 6,3 6 836,30 784,80 6,2 7 827,00 776,80 6,1 8 854,80 803,10 6,0 9 774,10 724,90 6,3 10 861,10 808,30 6,1

6,2 0,194651 0,031244 0,037889

Observação: Para expressar os valores de desvio padrão, coeficiente de variação da amostra e variância, utilizou-se maior quantidade de algarismos significativos para que


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seja possível perceber com maior exatidão a variação entre os resultados obtidos nos ensaios em estudo. ENSAIO COM O EQUIPAMENTO MUFLA O ensaio com a utilização do equipamento Mufla (Figura 3) consiste basicamente em separar o asfalto do agregado através da queima do material betuminoso. Para a execução deste trabalho, os ensaios foram realizados utilizando como referência sugestões dadas por Merighi e um artigo obtido através da Internet (9), pois esse ensaio não possui normalização.

Figura 3 Equipamento Mufla Considerações sobre o ensaio Neste ensaio o asfalto que compõe a amostra é queimado, portanto não é possível recuperá-lo para uma posterior análise. Além disso ocorre grande emanação de gases, isso devido a queima do asfalto, assim para a realização do ensaio é necessária uma exaustão eficaz no local (7). É importante salientar que o agregado utilizado era de origem granítica,. Caso a amostra fosse composta por um tipo de agregado que sofresse perdas de seus componentes


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quando submetido a temperaturas maiores que 600°C, o ensaio com o equipamento mufla não seria recomendado. Resultados obtidos Os resultados obtidos no ensaio com o equipamento Mufla estão expressos na Tabela 4.

Tabela 4 Resultados obtidos nos ensaios com o equipamento Mufla

amostra mistura (g)

agregado (g)

teor de

betume (%)



variância

1 300,33 282,82 5,8 2 300,16 282,44 5,9 3 300,07 282,34 5,9 4 289,28 271,78 6,0 5 300,06 282,08 6,0 6 300,91 283,46 5,8 7 300,60 283,06 5,8 8 300,96 283,56 5,8 9 300,38 282,88 5,8 10 300,28 282,51 5,9

5,9 0,082327 0,014073 0,006778

Observação: Para expressar os valores de desvio padrão, coeficiente de variação da amostra e variância, utilizou-se maior quantidade de algarismos significativos para que seja possível perceber com maior exatidão a variação entre os resultados obtidos nos ensaios em estudo. ANÁLISE DE VARIÂNCIAS PARA O ESTUDO DE COMPATIBILIZAÇÃO ENTRE OS ENSAIOS COM OS EQUIPAMENTOS ROTAREX, SOXLET E MUFLA A análise de variâncias em uma classificação do primeiro tipo ou em um experimento com um fator, como é chamada com mais frequência, indica se a hipótese da igualdade das médias é aceita ou não (10). Essa análise, inicialmente desenvolvida pelo grande estatístico britânico R.A. Fischer, é suficientemente poderosa para identificar diferenças entre as médias populacionais devidas a várias causas atuando simultâneamente sobre os elementos da população (11). Através da razão F, razão entre duas variâncias podemos identificar se uma dada dispersão de médias de resultados é maior ou menor do que aquela esperada, caso essas médias sejam todas obtidas de uma mesma população. (12).


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Para tal, F calculado < F crítico, onde F calculado é a razão determinada após o experimento e Fcrítico é o valor tabelado, associado a um grau de significância, geralmente de 5% ou 1%. Caso isto ocorra, a hipótese de igualdade das médias pode ser aceita como verdadeira. Neste trabalho a análise de variâncias foi feita com o auxílio da ferramenta de análise de dados do Excel, que fornece os valores dos parâmetros “F calculado” e “F crítico”, com nível de significância “α” igual a 5%, para a distribuição F de Snedecor, parâmetros esses que serão posteriormente comparados para a verificação da compatibilidade entre os resultados obtidos nos ensaios em estudo. Nas Tabelas 5 a 7 estão expressos os resultados obtidos na análise de variâncias e observações feitas a respeito.

Tabela 5 Análise de variâncias entre os ensaios com os equipamentos Mufla e Soxlet Grupo Contagem Soma Média Variância F F crítico

Mufla 10 58,7 5,87 0,006777778Soxlet 10 59,8 5,98 0,032888889

3,050420168 4,413863

• Fcalculado= 3,05 • Fcrítico= 4,41 Fcalculado < Fcrítico, portanto podemos aceitar a hipótese de igualdade entre as médias, logo os resultados obtidos em ambos os ensaios são compatíveis.

Tabela 6 Análise de variâncias entre os ensaios com os equipamentos Soxlet e Rotarex Grupo Contagem Soma Média Variância F F crítico

soxlet 10 59,8 5,98 0,032888889rotarex 10 62,3 6,23 0,037888889

8,830455259 4,413863

• Fcalculado= 8,83 • Fcrítico= 4,41 Fcalculado > Fcrítico, portanto os resultados obtidos em ambos os ensaios não são compatíveis, pois as médias são diferentes entre si.

Tabela 7 Análise de variâncias entre os ensaios com os equipamentos Rotarex e Mufla Grupo Contagem Soma Média Variância F F crítico

rotarex 10 62,3 6,23 0,037888889mufla 10 58,7 5,87 0,006777778

29,01492537 4,413863

• Fcalculado= 29,01 • Fcrítico= 4,41 Fcalculado > Fcrítico, portanto os resultados obtidos em ambos os ensaios não são compatíveis, pois as médias são diferentes entre si.


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CONCLUSÕES Neste trabalho, como a amostra foi cedida pela Usina da Prefeitura Municipal de São Paulo, não era possível saber com exatidão qual era o valor do teor de betume existente na mistura. Assim, através da análise de variâncias foi possível concluir que os ensaios que oferecem resultados mais confiáveis são o Soxlet e a Mufla, já que no caso desses 2 (dois) ensaios é aceita a hipótese de igualdade das médias, pois F calculado = 3,05 < F crítico= 4,41; o que não ocorre quando compara-se o Rotarex com o Soxlet (F calculado = 8,83 > F crítico= 4,410 ou com a Mufla (F calculado = 29,01 > F crítico= 4,41). Sendo nesses 2 (dois) casos rejeitada a hipótese de igualdade das médias. Observando os resultados obtidos pode-se perceber que o ensaio que apresenta menor coeficiente de variação da amostra (CVA) que caracteriza a dispersão dos dados em termos relativos a seu valor médio, é o da Mufla (CVA = 0,014), sendo que a média de seus resultados é cerca de 1,7% menor que a do Soxlet e 5% menor que no Rotarex. Mas é preciso ressaltar que, como já foi comentado anteriormente, na realização deste ensaio todo o asfalto é queimado e, caso haja a necessidade, não é possível recuperá-lo para a realização de ensaios de caracterização do mesmo, além disso ocorre grande emanação de gases, portanto além da utilização de equipamentos de proteção individual (EPI), é necessária uma exaustão eficaz no local de realização do ensaio. Já o ensaio com o Soxlet tem coeficiente de variação da amostra maior que na Mufla (CVA = 0,030) mas, como já foi dito, tem seus resultados compatíveis com os da Mufla, além disso permite que o ligante betuminoso presente na mistura asfáltica seja recuperado e submetido aos respectivos ensaios de caracterização, já que a mistura sofre uma “limpeza” com o solvente para a separação entre o agregado e o asfalto. Nos resultados obtidos no ensaio com o equipamento Rotarex, o coeficiente de variação da amostra é pouco maior que no Soxlet (CVA = 0,031), mas os resultados são bem maiores que nos outros dois ensaios, cerca de 3,3% maior que no Soxlet e 5% no caso da Mufla, isso devido a grande perda de agregados finos durante o ensaio. O ligante pode até ser recuperado, pois nesse ensaio também é executada uma “limpeza” da mistura betuminosa, mas como a solução solvente e ligante fica extremamente “poluída” pela grande quantidade de material fino, a recuperação será problemática pois a solução necessitará de uma centrifugação eficaz. Sendo assim, como é possível observar na Figura 4, quanto aos resultados pode-se dizer que o ensaio com a Mufla é a melhor opção quanto ao coeficiente de variação da amostra, mas é preciso considerar os seus aspectos negativos como a emanação de gases, a impossibilidade de recuperação do asfalto e a limitação da sua aplicação ao tipo de agregado utilizado na mistura, devido à queima de alguns minerais. O Soxlet oferece resultados compatíveis com a Mufla, além de possibilitar a recuperação do ligante e o Rotarex deve ser descartado.


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Comparativo dos resultados obtidos nos ensaios com os equipamentos Rotarex, Soxlet e Mufla

5

5,5

6

6,5

7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Determinações

Teor

de

Bet

ume

(%)

MuflaSoxletRotarex

Figura 4 Gráfico comparativo dos resultados obtidos nos ensaios com os equipamentos Rotarex, Soxlet e Mufla

REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS (1) Monteverde, H. Mezclas Asfalticas en Caliente – Nociones Básicas. Asociacion

Uruguaya de Caminos, Montevidéu, Uruguai, 1989. (2) Falcão, P.M.R.N., Giampaglia, H.R., Lima, A.F., et al. Informações Básicas Sobre

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from Bituminous Paving Mixtures. U . S. A., 1992.


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(7) Silva, P.B., Fortes, R.M. – Estudo Comparativo Entre os Ensaios Rotarex, Soxlet e Mufla na Determinação do Teor de Betume de Uma Massa Asfáltica. Trabalho de Graduação Interdisciplinar. Universidade Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, Brasil, 2000.

(8) D.N.E.R. ME 053 – Misturas Betuminosas – Percentagem de Betume. Brasil, 1994. (9) Home Page. http://pratt.vtrc.edu/briefs/96-r3rb/acd. Alternate Methods of Asphalt.

Data da consulta 20 de outubro de 1999. (10) Mirshawka, V. Probabilidades e Estatística para Engenharia. Nobel, São Paulo,

Brasil, 1983. (11) Neto, P.L.O.C. Estatística, Edgard Blücher, São Paulo, Brasil, 1978. (12) Olivieri, J.C. Programas Interlaboratoriais. Apostila do Curso: Programas

Interlaboratoriais. São Paulo, Brasil, 1996.

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estudo comparativo entre os ensaios rotarex

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