Brazil Road Expo 2013

Compactação Asfáltica

Brazil Road Expo 2014

São Paulo, 10 de março de 2014

Rafael L. Cifali Valentini

Regional Sales Support Consultant

CAT Paving Products

Latin America

O que é compactação?• Aumentar mecanicamente

a densidade de uma camada de material

• Aumentar a densidade removendo “vazios”

• Camadas de asfalto densos resistem a rachaduras e deformação

• Cada camada deve suportar a carga projetada

Camada produzida pela pavimentadora

• Normalmente encontra-se aproximadamente 15% de índice de vazios

• Grandes lacunas de ar permitem a penetração de água

• Causam rachaduras profundas pelo tráfego de carga

Camada de asfalto após a compactação

• 2% a 7% de vazios permitem a expansão necessária da camada

• Os agregados estão coesos

• Fornece coesão, impermeabilidade e estabilidade do pavimento

Custo da compactação

• Parte menos dispendiosa do processo de pavimentação

• Os agregados e o asfalto são caros se comparados à compactação

• A compactação adiciona pouco ao custo de uma tonelada de asfalto

Componente

Comparação do custo relativo entreos componentes do pavimento de asfalto

Alto

Custo

Asfalto

Baixo

Agregado Compactação

Efeito da compactação

• A compactação é muito importante no processo de incremento da vida útil do pavimento

• Ajuda a reduzir custos na manutenção

• Compreender a compactação é muito importante

Agregado

Componente

CompactaçãoAsfalto

Alto

Baixo

Efeito

Comparação relativa entre a contribuição de cada componente para a extensão da vida útil

do pavimento

Forças de compactação

• Quatro forças são usadas para compactação

• A carga estática e a manipulação são forças menores

• O impacto e a vibração geram forças maiores

Pressão estática Manipulação Impacto Vibração

Pressão estática do tambor de aço• A pressão é o peso do

tambor (carga do eixo) dividido pela área de contato

• PLI é o peso do tambor dividido pela largura do tambor

Eixo

Diâmetro do tambor

Força linear

Largura

PLI

Carga do eixo

Carga do eixo

Largura do tambor

Área de contatoPressão de contato

Pressão pneumática sobre o solo• A pressão sobre solo é a

carga da roda dividida pela área de contato do pneu

• Mude a pressão alterando a pressão de inflação e o lastro

• Baixa pressão do pneu – baixa pressão sobre o solo

• Alta pressão do pneu – alta pressão sobre o solo

Baixa pressãoAlta pressão

Deslocamento Deslocamento

Efeito da pressão variável do pneu na força de compactação

Força de manipulação

• As linhas de força não são somente verticais

• A força é enviada em várias direções

• Ajuda a comprimir a textura da superfície

• Normalmente associada a compactadores pneumáticos

Manipulação

Manipulação pneumática• A sobreposição manipula o

tapete de asfalto sob e entre os pneus

• Um acabamento comprimido resiste à penetração de umidade

• A alta pressão dos pneus empurra o material para baixo e para fora

• A baixa pressão dos pneus empurra o material para baixo

Efeito de amassamento da compactação pneumática

Deslocamento dos pneus traseiros em relação aos dianteiros

Dianteiro

Traseiro Traseiro Traseiro Traseiro

Dianteiro Dianteiro

Forças de impacto• A força de impacto é maior

do que a força estática

• Velocidade do peso em queda convertida em energia

• Envia uma onda de pressão para dentro do camada de asfalto

• O impacto pode danificar os agregados (necessário equilibrar o peso e o impacto)

Impacto

PESO

Força vibratória

• Auxilia as forças criadas pelo peso e pelo impacto

• Sucessão rápida de ondas de pressão

• A vibração assenta os agregados que estão em movimento

• Ajuda os agregados a se reorientarem para um melhor contato

Deslocamento

Tamborde vibração

Vibração

Peso excêntrico

Amplitude vibratória

• O peso excêntrico rotativo causa o movimento do tambor

• O tambor em queda aumenta a força de compactação

• A distância que o tambor se move é chamada amplitude

• A amplitude determina a força de impacto

Tempo e distância (velocidade constante)

Altura

Baixa amplitude Alta amplitudeTambor de vibração

Peso excêntrico

AMPLITUDE

Deslocamento

Freqüência vibratória

• A freqüência é o impacto do tambor por minuto

• A velocidade de trabalho deve estar de acordo com a freqüência

• Os melhores resultados ocorrem quando o espaçamento do impacto é de 26 a 46 por metro

AMPLITUDE

Tempo e distância (velocidade constante)O espaçamento do impacto é mais próximo

em alta freqüência

Caminho do centro do tambor de vibração

Baixa freqüência Alta freqüência

Altura

Deslocamento

Tamborde vibração

Peso excêntrico

Amplitude x freqüência

• Alta amplitude significa mais impacto do tambor no tapete de asfalto

• Uma freqüência mais baixa normalmente significa uma amplitude maior e mais compactação

• Uma freqüência mais alta normalmente significa uma amplitude menor e menos compactação

Amplitude x força centrífuga

• A amplitude e a freqüência criam força centrífuga

• Deve estar em equilíbrio

• Não pode haver alta amplitude e alta freqüência

• Cada combinação tem sua própria aplicação

Amplitude x força centrífuga

Máquina 1 Máquina 2

0,6 mm (0,025 pol)53 Hz (3200 vpm)118 kN (26.000 Ib)

AmplitudeFreqüência

Força centrífuga

1,0 mm (0.04 pol)42 Hz (2500 vpm)118 kN (26.000 Ib)

Amplitude x freqüência x velocidade

Aumentar

Densidade

• Alta Amplitude

• Baixa Velocidade

• Baixa Frequência

Alta

Velocidade

• Baixa Amplitude

• Alta Amplitude

• Baixa Densidade

Vibração equilibrada do compactador

• Forças transmitidas de modo uniforme quando em equilíbrio

• A camada de asfalto aceita as forças vibratórias

• Compactação maximizada

• Operação suave da máquina

Vibração desequilibrada do compactador

• Em desequilíbrio - amplitude, freqüência e velocidade

• Algumas forças não são aceitas pela camada de asfalto

• “Solavancos” dos tambores

• A máquina opera de modo irregular

• Compactação menos efetiva

Soluções para os solavancos do tambor

• Ajuste a velocidade de trabalho para que haja de 8 a 14 impactos por pé (30 cm).

• Reduza a amplitude

• Reduza a freqüência

• Opere em posição estática

• Opere com apenas um dos tambores vibrando

O processo de compactação

• Tão importante quanto a produção e aplicação da mistura

• O operador deve compreender bem as forças de compactação

• Saber como equilibrar peso, pressão dos pneus, amplitude, freqüência e velocidade de rolagem

Influências na compactação do asfalto

• Muitos fatores, não controlados pelo operador, influenciam a compactação

• Composição da mistura

• Estrutura da estrada

• Temperatura da mistura

• Condições climáticas

• Saber como lidar com esses fatores

Composição da mistura

• A composição da mistura afeta a compactação

• 85% a 90% de agregados grandes, agregados pequenos, enchimentos e, algumas vezes, modificadores

• 5% a 8% de cimento de asfalto

• 2% a 7% de vazios (ar)

25 mm (1 pol)

Camadas grossas• Agregados maiores e menos

betume em camadas de asfalto grossos

• Muitas misturas Superpave são brutas

• Consideradas "ásperas"

• Necessitam de uma força maior para movimentar o agregado

• Alta amplitude e pneumática pesada

Agregado com tamanho de até 25 mm (1 pol)

Tapete com 10 cm (4

pol)

Camadas finas

• Agregados menores e mais óleo em tapetes mais finos

• Considerados "macios"

• Requerem menos força

• Muita força pode danificar o tapete de asfalto

• Baixa amplitude ou força estática

Agregado com tamanho de até 13 mm (1/2 pol)

Tapete com 5 cm

(2 pol)

Formato dos agregados

• O formato determina a fricção interna

• Agregados arredondados se movem facilmente e requerem menos força

• Agregados angulares resistem ao movimento e requerem mais força

Agregados angulares

Alta fricção interna- alta resistência- difícil de compactar

Agregados arredondados

Baixa fricção interna- menor resistência- mais fácil de compactar

Espessura da camada x tamanho do agregado

• A razão afeta a capacidade de obter densidade

• É fácil de se trabalhar com uma razão de 4:1

• Pode-se utilizar altas forças de compactação

• Menos preocupação quanto a danos a camada de asfalto

Agregado com tamanho de até25 mm (1 pol)

Tapete com 10 cm (4 pol)

• Razões menores podem ser mais difíceis de serem compactadas

• 2:1 é o mínimo

• Use baixa amplitude ou força estática

• Observe se há agregados quebrados na superfície

Espessura da camada x tamanho do agregado

Agregado com tamanho de até25 mm (1 pol)

Tapete com 5 cm (2 pol)

Temperatura da mistura

• Fator importante na compactação

• Deve compactar enquanto o asfalto estiver fluido o suficiente para permitir o movimento do agregado

• Quando o grosso está viscoso, os agregados se fixam

Mistura quente demais• O limite máximo é de

aproximadamente 160°C (320 °F).

• Observe se há saliências em frente aos tambores

• A camada irá se deslocar, mas não será compactado

• O rolo deixa marcas profundas

• Espere a camada esfriar

Camada quente

demais

Mistura fria demais• Reduza o limite para

aproximadamente 85°C (185 °F)

• O deslocamento dos agregados não é possível

• Possibilidade de corrigir marcas na superfície

• Trabalho próximo à pavimentadora

• Aumento da força ou necessidade de mais rolos

Tapete frio demais

Condições climáticas

• Clima quente, a mistura permanece utilizável por mais tempo

• Clima frio, a mistura esfria formando crostas e a força é menos eficiente

• Ajuste o padrão de rolamento conforme as mudanças de condições

Baixa temperatura

ambiente

Alta temperatura

ambiente

Verificação da temperatura• Um termômetro

infravermelho permite o rápido escaneamento da temperatura da superfície

• O termômetro mostra o quão rapidamente o calor está sendo perdido

• Uma sonda indica a temperatura interna

• A sonda é o que melhor indica a reação da mistura à compactação

Verificação da temperatura

Seleção da amplitude de compactação

• Considere os fatores que afetam a compactação ao selecionar os equipamentos e ajustar o padrão de rolamento

• Alguns fatores são mais importantes do que outros

Rigidez

Nível do parâmetro Nível do parâmetro

Fino* <5 cm (2 pol) Grosso* <5 cm (2 pol)

Flexível

Baixo Alto

Arredondado Angular

Alto Baixo

* Para camadas muito finas, a vibração não é recomendada, especialmente em suportes de base rígida.

Parâmetro

Suporte da base

Espessura do tapete

Viscosidade do CA

Agregado

Ar da Base de Temperatura

AM

PL

ITU

DE

S M

EN

OR

ES A

MP

LIT

UD

ES

MA

IOR

ES

Exemplo para baixa amplitude

• Dois fatores para baixa amplitude; três fatores para alta amplitude

• Os fatores da baixa amplitude são mais importantes

• É provável que a alta amplitude cause danos ao tapete de asfalto

• Use baixa amplitude ou força estática

• Monitore a temperatura

Nível do parâmetro Nível do parâmetro

FO

RÇ

A M

AIO

R

5 cm (2 pol)

Rigidez

Alto

Angular

10°C (50° F)

FO

RÇ

A M

EN

OR

Parâmetro

Espessura do tapete

Suporte da base

Viscosidade do CA

Agregado

Temperaturada base

Exemplo para alta amplitude

• Quatro fatores para alta amplitude e uma para baixa amplitude

• Utilize alta força de compactação

• Uma base flexível consiste em um fator muito importante

• Observe as zonas macias em misturas Superpave

Nível do parâmetro Nível do parâmetro

FO

RÇ

A M

EN

OR F

OR

ÇA

MA

IOR

7.5 cm (3 pol)

Flexível

Alto

Angular

28°C (90°F)

Parâmetro

Espessura do tapete

Suporte da base

Viscosidade do CA

Agregado

Temperatura da base

Ajuste do trem de compactação

• Os equipamentos e as técnicas variam de acordo com cada projeto

• Os estágios da compactação, geralmente, são os mesmos

Estágios da compactação

• Ruptura

• Intermediário

• Acabamento

• Equipamentos e técnicas diferentes para cada estágio

ESTÁGIOS DA COMPACTAÇÃO

Deslocamento Deslocamento

Ruptura Intermediário Acabamento

Compactação de ruptura

• A primeira etapa obtém o máximo de densidade

• Comece com a temperatura mais alta sem deformação da camada de asfalto

• Talvez seja necessário trabalhar muito próximo à pavimentadora

• Tambores duplos oferecem melhores resultados

Compactação intermediária

• Próxima etapa para obter densidade e alisamento inicial

• Camada quente o suficiente para que os agregados se desloquem

• Camada próximo da densidade final

• Força em excesso quebrará os agregados

Compactação de acabamento

• Compactação mínima

• O objetivo principal é o alisamento e a remoção de quaisquer marcas

• Quando tiver obtido o alisamento, pare o rolamento

Rolos de ruptura (break down)

• Tambores duplos vibratórios são os mais comuns

• A vibração é mais produtiva durante a ruptura

• Rolos pneumáticos são utilizados nas camadas de base e nas intermediárias

Rolos intermediários

• Tambores duplos e rolos pneumáticos são os mais comuns

• Os rolos pneumáticos podem alcançar a densidade final sem danificar o tapete

• Os rolos pneumáticos enrijecem a superfície

• Os rolos vibratórios geralmente são utilizados em amplitudes mais baixas

Rolos de acabamento• É muito comum os tambores

duplos vibratórios estarem no modo estático

• Às vezes, são utilizados rolos pneumáticos com pneus largos em uma camada não superficial

• Remove as marcas deixadas por rolamentos anteriores

• Talvez seja necessária densidade adicional

• A baixa amplitude é utilizada

Desenvolvimento de um padrão de rolamento

• Equilibrar a produção da pavimentadora

• Obter a densidade desejada

• Produzir um acabamento liso

Cálculo da largura necessária do tambor • Cobertura em 3 passagens ou menos

• Sobreposição e saliência de

15 cm (6 pol).

• Tapete com largura de 4.2 m (168 pol)

mais sobreposições de 15 cm (4 x 6

pol) resulta em uma largura total de

4.8 m (192 pol)

• Largura total dividida por 3 passagens

igual a 1.6 m (64 pol).

• A largura mínima do tambor é de 1.6m

(64 pol) neste exemplo

Passagem 1

Passagem 2

Passagem 3

largura do tapete

saliência de 6 pol.

saliência de 6 pol.

sobreposição de 6 pol.

sobreposição de 6 pol.

Produção e velocidade da pavimentadora

• Largura do tapete de 4.2 m (14')

• Profundidade do tapete não compactado de 7.5 cm (3 pol)

• 400 toneladas/h disponíveis

• A velocidade da pavimentadora de 7.6 a 9.1 m (25 a 30 pés) por minuto consome produção da usina neste projeto

Compatibilização com a velocidadeda pavimentadora

• Padrão de rolamento de 7 passagens obtém a densidade desejada para a ruptura

• Divida a velocidade do compactador 76.2 mpm por 7 passagens

• Velocidade média do rolo de 11 mpm

• Compatível com a velocidade da pavimentadora de 7.6 a 9.1 mpm

PADRÃO TÍPICO DE ROLAMENTO

Largura da pista sendo

pavimentada

Largura do rolo Direção da pavimentação

Faixa de teste• A faixa de teste estabelece

o padrão de rolamento

• Verifica se a densidade desejada pode ser alcançada

• Parte do projeto em linha reta

• O medidor da densidade nuclear verifica o progresso enquanto a camada de asfalto ainda está quente.

Rolo de ruptura na faixa de teste

• O objetivo é obter 95% da densidade desejada

• Verifique a densidade após cada passagem

• Prossiga com o rolamento até que a densidade desejada seja alcançada

• Confirme se o padrão é compatível com a exigência de produção

Rolo intermediário na faixa de teste• Faça o rolamento

imediatamente atrás da ruptura enquanto a camada ainda está quente

• Aumente a densidade em 100% da desejada ou próximo a isso

• Os rolos de acabamento obtêm a densidade final

Rolo de acabamento na faixa de teste

• Sua função principal é o alisamento

• Pode gerar um aumento na densidade

• Faça o rolamento próximo o suficiente da zona intermediária para corrigir as marcas

Padrões de rolamento - bordas demarcadas• Comece na borda direita ou

esquerda

• Faça o rolamento em uma faixa de 6 m (20 pés) da pavimentadora

• Volte pela mesma pista

• Segunda pista localizada no centro

• Terceira pista na borda oposta e comece a próxima seqüência no final da primeira pista

PADRÃO TÍPICO DE ROLAMENTO

Largura da pista sendo pavimentada

Largura do rolo Direção da pavimentação

Direção de reversão

• Evite paradas em linha reta

• Gire o rolo em direção ao centro do tapete

• Não gire o tambor enquanto estiver parado

• A passagem seguinte deve poder corrigir quaisquer marcas geradas pela reversão

Reversão

Sobreposições de tambores duplos

• Uma sobreposição de 15 cm (6 pol) garante uma compactação uniforme

• Inclua a sobreposição quando selecionar a largura do tambor

• O rolo deve cobrir o tapete em 3 passagens de sobreposição, ou menos, para que se obtenha uma produtividade maior

152 mm (6 pol)

2ª Passagem

Passagem1ª

Compactação de juntas longitudinais

• Ambos os tambores na primeira passagem do lado quente

• Force o material quente contra a junta

• Exceção: camadas com mais de 100 mm (4 pol) de espessura talvez precisem de uma passagem para “comprimir” a primeira junta

Tapete quente

Tapete frio

Compactação de juntas longitudinais

• Na segunda passagem, sobreponha o lado frio em 15 mm (6 pol)

• Faça o rolamento de modo estático para evitar a quebra de agregados no lado frio

Tapete quente

Tapete frio

Compactação de bordas não demarcadas

• Bordas não demarcadas podem ser pressionadas para fora

• Primeira passagem a 15 mm (6 pol) da borda para que se crie resistência no tapete de asfalto

• Leve saliência na segunda passagem

• A porção compactada sustenta o peso do tambor

Borda não demarcada

Borda não demarcada

(15 cm)

Rolamento de um abaulamento• Nunca passe por cima do

abaulamento

• Comece da parte inferior em direção ao abaulamento em ambos os lados

• Isso desenvolve resistência no tapete para que sustente o rolo na inclinação

• Faça um sobreposição de 15 mm (6 pol) na última passagem

1º Passagem

2º Passagem

4º Passagem

3º Passagem

(15 cm)

Rolamento de uma junta transversal

• Faça o rolamento na transversal para evitar solavancos

• Faça o rolamento estático

• Comece com a maior parte do tambor no lado frio

• Desloque-se gradualmente até que todo o tambor esteja sobre o lado quente

• Talvez sejam necessárias tábuas para subir no tapete

Pavimentadora

Novo Antigo

150 mm (6 pol)

Métodos de compactação pneumática

• Aqueça os pneus rapidamente, operando diretamente atrás da pavimentadora

• Aplique emulsão primeiro

• Certifique-se de que as marcas de pneu sejam corrigidas

• Uma operação de 3 a 5 minutos deve fornecer aquecimento suficiente

Métodos de compactação pneumática• Quando os pneus

estiverem quentes, mantenha-os quentes

• Desenvolva um bom padrão de rolamento, nunca pare o rolamento

• Se estiver aguardando caminhões, faça o rolamento em tapetes previamente compactados

• Utilize “cortinas” de pneus

Questões de compactação

• Desafios relativos à densidade e ao alisamento para o operador

Compactação de camadas finas

51 mm (2 pol) ou menos

• Use:– baixa amplitude– vibração de um tambor– modo estático

Compactação de camadas finas

• Nunca gire os tambores enquanto a máquina estiver parada

• Tapetes finos se rompem facilmente

Compactação de camadas finas

• Sempre comece pela parte inferior para depois ir subindo no caso de camadas inclinados

• Oferece suporte adicional para passagens sucessivas

1º Passagem

2º Passagem

Compactação de camadas finas

• Opere próximo à pavimentadora

• Tapetes finos perdem calor rapidamente

• Menos tempo para obter densidade

• A alta freqüência propicia a aceleração das velocidades de trabalho

51 mm (2 pol) ou mais

Compactação de camadas grossas

• Use:– média ou alta amplitude

Compactação de camadas grossas

• Os tapetes de asfalto grossos ficam mais quentes

• Cuidado com as saliências em frente ao tambor

• Faça o rolamento longe da pavimentadora

• Use máquinas mais leves, se a mistura se deslocar muito

Questões de compactação – marcas de impacto

• Amplitude alta demais

• Vibração da camada fria – faça o rolamento mais próximo à pavimentadora

• Rolamento final frio demais – aproxime-se do rolo intermediário

• Rolo de acabamento leve demais

Questões de compactação – marcas de pneu

• Rolos pneumáticos na posição de ruptura em camadas grossas e quentes

• Lastro ou pressão dos pneus altos demais

• Pneus estreitos demais

• Rolamento quente demais

• Rolamento de acabamento frio demais

Questões de compactação –aderência aos pneus

• Pneus frios demais – permaneça mais próximo à pavimentadora

• Quando os pneus estiverem quentes, mantenha-os quentes

• Utilize “cortinas” de pneus

• Alguns empreiteiros usam aquecedores de pneus

• Pneus radiais acumulam menos material

• Emulsões antiaderentes e à base de sabão ajudam a prevenir a aderência

• Pulverizadores manuais ou pulverizadores de água integrados

• Aplique sobre pneus limpos antes do início do rolamento

• Pare a aplicação quando os pneus estiverem quentes

• Reaplique se os pneus estiverem frios

Questões de compactação –aderência aos pneus

Questões de compactação– tambores secos

• Tambores secos acumulam mistura quente

• Faça a manutenção correta do sistema de pulverização

-- use água limpa

-- troque os filtros

-- verifique os bicos do pulverizador

-- verifique os tapetes de distribuição

Questões de compactação –parada sobre a camada

• Nunca estacione um rolo sobre asfalto quente

• Marcas profundas não podem corrigidas

• Estacione na camada compactada ou no acostamento

Questões de compactação –parada em linha reta

• Paradas em linha reta geram saliências

• A saliência talvez não seja corrigida

• Pare em um ângulo de 30 a 45 graus

• Gire em direção ao centro do tapete

Questões de compactação –rolamento lateral à borda

• Nunca faça rolamentos laterais a bordas não demarcadas

• Bordas desmoronadas formarão uma falha na junta

Questões de compactação - sulcos

Causas possíveis:

• Subgraduação ou compactação da base dos agregados inadequadas

• Compactação inadequada do asfalto (densidade baixa demais, lacunas de ar grandes demais)

Questões de compactação –rachaduras de desgaste

Causas possíveis:

• Seleção ou compactação inadequadas dos agregados da base

• Compactação excessiva da camada fina de asfalto (densidade alta demais, lacunas de ar baixas demais)

Fundamentos da compactação de asfalto

QPSQ9891-01 (4/05)(Tradução: 11/09)

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