Modelo-de-relatório-técnico-betuminosos original

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO UNIVATES
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
RELATÓRIO TÉCNICO
MATERIAIS BETUMINOSOS
Amanda S. Montenegro e Carine M. Watte
Lajeado, maio de 2017.
Amanda S. Montenegro e Carine M.Watte
RELATÓRIO TÉCNICO
MATERIAIS BETUMINOS
Relatório técnico apresentado na disciplina
de Materiais de Construção Civil I do Curso
de Engenharia Civil do Centro
Universitário Univates, como requisito
parcial para composição da Nota 3 da
disciplina.
Professora: Betina Hansen
Estudantes: Amanda S. Montenegro e
Carine M. Watte
Lajeado, maio de 2017.
RESUMO
Os materiais betuminosos estão presentes no desenvolvimento da sociedade desde os
primórdios da humanidade. São materiais que podem ser encontrados em jazidas
naturais ou fabricados, com característica de serem formados por hidrocarbonetos
pesados e terem origem orgânica. Atualmente, a principal matéria-prima para a
fabricação de betuminosos é o refino do petróleo. Dentre as principais características do
material, destacam-se a propriedade de serem hidrófugos, repelindo a água, inertes e
aglomerantes. São materiais de extrema importância na construção civil, sendo
utilizados para pavimentação e impermeabilização. Os betuminosos são utilizados para
confecção de asfaltos, sendo estes divididos em quatro grupos, de acordo com a sua
classificação, visto que não é possível determinar a composição exata do material pela
imensa variedade de componentes que este pode ter. Dentre tantas opções, o ideal é
selecionar o material pelas características mecânicas que este apresenta, tais como a
viscosidade e a dureza, propriedades medidas por ensaios mecânicos habilitados por
norma. A dureza é medida pelo ensaio de penetração, e terá maior índice quanto menor
for a penetração da agulha no material. O ensaio de viscosidade, realizado por
equipamento adequado, visa analisar a consistência do fluido a ser empregado na
construção civil. Os betuminosos são materiais indispensáveis no setor de construção
civil, dadas todas suas qualidades e propriedades, e cada vez mais se busca um melhor
aproveitamento de todo o material, de acordo com a disponibilidade natural do mesmo,
o que acarreta no incentivo da sustentabilidade, originando fontes renováveis de
materiais betuminosos.
Palavras-chave: materiais betuminosos; petróleo; construção civil; asfaltos.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 5
2 OBJETIVOS 7
3 REFERENCIAL TEÓRICO 8
3.1 Materiais Betuminosos 8
3.2 Ensaios de Caracterização Mecânica 8
3.2.1 Ensaio de Dureza 9
3.2.2 Ensaio de Viscosidade 9
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 11
4.1 Ensaio de Viscosidade 11
4.2 Ensaio de Penetração 12
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO 13
5.1 Resultados do ensaio de viscosidade 13
5.2 Resultados do ensaio de penetração 13
6 CONCLUSÕES 15
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 16
1 INTRODUÇÃO
Os materiais betuminosos são compostos de natureza orgânica, resultantes de
hidrocarbonetos, conceituados como elemento aglutinante ativo. Seu principal
constituinte é o betume que, por definição, é uma mistura de hidrocarbonetos de
consistência sólida, líquida ou gasosa, de origem natural ou pirogênica que deve ser
completamente solúvel em dissulfeto de carbono. Os betumes tem por característica
principal serem: i) hidrófugos; ii) adesivos e aglomerantes; iii) termoplásticos; iv)
quimicamente inertes; v) boa durabilidade.
Os betuminosos possuem quatro classificações, de acordo com sua composição:
● Cimentos asfálticos: CAN ou CAP;
● Asfaltos diluídos (CAP + solvente): cura rápida (CR), cura média (CM)
ou cura lenta (CL);
● Emulsões asfálticas (CAP + água + emulsificante): ruptura rápida (RR),
ruptura média (RM) ou ruptura lenta (RL);
● Asfaltos modificados (CAP + polímero): SBS – estireno butadieno; SBR
borracha de butadieno estireno; EVA – etileno acetato de vinila; EPDM –
etileno propileno; APP – propileno atático; Borracha vulcanizada; Resina
epóxi.
Os asfaltos, em geral, são constituídos, principalmente, por betumes, além de
outros metais, possuem cor escura e se liquefazem quando aquecidos, além de ter
densidade em torno de 1. Podem ser encontrados na natureza (CAN) ou podem derivar
do refino do petróleo (CAP).
Os cimentos asfálticos de origem natural (CAN) são óleos de petróleo que
afloram na superfície terrestre, destilados pela ação solar ou intemperismo. São
encontrados como lagos de asfaltos, rochas asfálticas ou como impurezas minerais. Já
os cimentos asfálticos de petróleo são materiais semi-sólidos, impermeáveis e
viscoelásticos, possuindo propriedades termoplásticas e adesivas. Seu processo de
obtenção inclui as etapas de vaporização, condensação, fracionamento e destilação à
vácuo. Atualmente, a grande
maioria dos asfaltos empregados na construção civil tem como sua matéria-prima o
petróleo, estes obtidos da destilação de petróleos de base asfáltica.
Os CAPS estão divididos em quatro grandes grupos: parafínicos, nafténicos,
aromáticos e asfálticos, sendo que este último compõe ente 5% e 25% do asfalto, além
de aumentar a dureza e a viscosidade do material conforme aumenta o percentual de
asfáltico. É necessário haver grupos distintos para os CAPS, pois não é possível chegar
à sua composição exata, podendo chegar a dez mil constituintes.
Os materiais betuminosos são empregados para pavimentação, sendo que para
este fim usa-se o CAP, o asfalto diluído, emulsões asfálticas e asfaltos modificados por
polímeros. Para uso como pavimentos, usam-se as emulsões asfálticas e asfaltos
oxidados.
2 OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo analisar materiais betuminosos de uso da
construção civil e suas propriedades de viscosidade e penetração, com resultados
obtidos durante uma aula prática de Materiais de Construção Civil I do Centro
Universitário Univates.
3 REFERENCIAL TEÓRICO
3.1 Materiais Betuminosos
Segundo Isaia (2007), a utilização de materiais betuminosos iniciou-se em,
aproximadamente, 3000 a.C., pois eram utilizados como ligantes para colar pedras e
conchas em estátuas. Durante o reinado de Nabucodonosor, ocorreu a primeira
utilização conhecida de betuminosos em construção rodoviária. Atualmente, os
betuminosos derivam do refino do petróleo, porém foram usados de forma natural desde
a antiguidade.
Bauer (2008) coloca que o petróleo é um material de relativa abundância na
crosta terrestre, formados por compostos complexos o que permite uma infinidade de
transformações, resultando em substâncias variadas.
A definição de petróleo é óleo mineral natural, composto quase que
exclusivamente de hidrocarbonetos. Há duas teorias possíveis que visam explicar o
surgimento do material: a orgânica e a inorgânica, sendo a orgânica a mais aceita. O
petróleo é classificado em: base asfáltica e base parafínica.
O betume, de acordo com Isaia (2007), é um material cimentício natural ou
manufaturado, de coloração escura, composto principalmente por hidrocarbonetos
pesados. É o principal constituinte do petróleo, além de outros materiais. Dentre as
principais características do betume, destaca-se, segundo Bauer (2008), o fato de o
material ser hidrófugo, aglomerante, inerte e de fácil obtenção. No entanto, o material
apresenta alguns inconvenientes, como envelhecimento precoce e baixo ponto de fusão.
3.2 Ensaios de Caracterização Mecânica
Bauer (2008) coloca que o betume é um sólido que se torna viscoso à
temperatura de 50ºC, quando se funde. O peso específico do material varia de 1 a 1,2
kg/dm³, similar à densidade da água. O autor aponta, ainda, para o fato de que o teor de
betume e a origem da rocha componente do asfalto variam o material. Segundo Isaia
(2007), existem cerca de mil e quinhentos tipos de petróleo no mundo, porém nem todos
são aptos a serem aplicados para uso de asfalto, restando uma pequena porção. Bauer
(2008) salienta que
dentre variações, algumas características sobressaem-se na hora de escolher o melhor
material a ser empregado, tais como: dureza e viscosidade.
3.2.1 Ensaio de Dureza
A dureza é, segundo o autor, uma propriedade tão importante quanto paraasfaltos quanto às normas que os classificam. Esta propriedade é medida pelo ensaio de
penetração, segundo MB-107. Segundo Isaia (2007), a penetração é definida como a
profundida que uma agulha padronizada (de 100g), em décimos de milímetros, atinge o
material durante cinco segundos, à temperatura de 25ºC. Cada ensaio requer três
medições de penetração. O material é considerado adequado enquanto que a média dos
três ensaios não exceder o limite estabelecido por norma. O CAP possuirá maior
consistência quanto menor for a penetração da agulha no material. A NBR 6576, de
1998, é a correspondente para este ensaio. Bauer (2008) coloca, também, que a norma
recomenda ensaios a 0ºC, utilizando uma agulha de 200g, por um minuto, e com 1ºC,
agulha de 50g, por cinco segundos. A figura 1 mostra o equipamento utilizado para a
realização do ensaio de penetração em betuminosos.
Figura 1 – Penetrômetro de Betuminosos com leitura digital.
Fonte: Perta.
3.2.2 Ensaio de Viscosidade
A viscosidade é, de acordo com Bauer (2008), a resistência de um fluido perante
a ação de uma força. O ensaio é realizado com o uso de um aparelho especificado para
este ensaio, denominado de viscosímetro, em que, geralmente, usa-se o tipo
Saybolt-Furol. É classificado como o tempo necessário para que uma amostra de 60 cm³
atravesse um orifício padrão. Isaia (2007) coloca que o tubo com o material a ser
http://www.perta.pt/produtos/penetrometro/
ensaiado é colocado em banho com o orifício fechado. Assim que o material estabiliza
na temperatura exigida, abre-se o orifício e começa a contagem do tempo até que o
líquido atinja a marca de 60 ml no frasco. A NBR 14756, de 2001, é a correspondente
para este ensaio. Bauer (2008) aponta para o fato de que o ensaio não garante uma total
precisão de resultados. A figura 2 mostra o viscosímetro Saybolt-Furol utilizado para
este ensaio.
Figura 2 – Viscosímetro Saybolt-Furol.
Fonte: Renascer Indústria.
4 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Nos ensaios mecânicos desenvolvidos em laboratório, foram realizados dois
testes, um para mensurar a viscosidades de um material betuminoso, com duas
temperaturas distintas, e outro para o ensaio de penetração, utilizando o mesmo material
do teste anterior e outro material da mesma família. O equipamento utilizado no
processo de viscosidade foi da marca CONTESCO e para o ensaio de penetração da
marca SOLOTEST.
O ensaio de viscosidade foi realizado com a amostra CAP 50-70, que é um
cimento asfáltico sem compostos, e o ensaio de penetração também foi realizado com a
amostra CAP 50-70 e com a amostra CAP 55-75, que é um asfalto modificado com
polímero.
4.1 Ensaio de Viscosidade
Para a realização do ensaio de viscosidade foi utilizada o equipamento da marca
CONTESCO do modelo VISCOSÍMETRO SAYBOLT FUROL.
A amostra analisada no teste de viscosidade foi o CAP 50-70 em duas
temperaturas diferentes, a primeira em 135ºC e a segunda em 150ºC, sendo utilizada a
norma Materiais Betuminosos – Determinação de viscosidade Saybolt Furol ABNT
NBR 14950, que especifica o método de ensaio.
Para realização do ensaio de viscosidade, primeiramente, tivemos que aquecer o
equipamento com o CAP 50-70 a uma temperatura de 135ºC e então inseriu-se um
frasco no equipamento para que o CAP 50-70 pudesse escoar para o seu interior. Em
segui cronometrou-se, para verificar o tempo especificado na norma estabelecida acima,
e por fim, retirou-se o tampão para que o CAP 50-70 escorresse, verificando assim, o
tempo de escoamento e a viscosidade da substância, conforme norma. Para a
temperatura de 150ºC foi feito o mesmo processo.
4.2 Ensaio de Penetração
Para a realização do ensaio de penetração, foi utilizada o equipamento da marca
SOLOTEST, como mostra a Figura 3.
Figura 3: Equipamento SOLOTEST do modelo PENETROMETRO UNIVERSAL ASTM D-5, COM
AGULHA.
Fonte: Solotest.
As amostras analisadas para o teste de penetração, foram o CAP 50-70 e a
amostra CAP 55-75, que é um asfalto modificado com polímero. Para realizar os
ensaios de penetração foi necessário utilizar a norma baseada em métodos de ensaio
(Materiais betuminosos – Determinação de penetração ABNT NBR 6576).
Para realização do ensaio de penetração, foi necessário submeter as amostras, de
maneira individual, a um processo de penetração com uma agulha a amostra analisada
por 5 segundos na temperatura de 25ºC regida pela norma registrada anteriormente.
5 RESULTADOS E DISCUSSÃO
Neste capitulo serão apresentados os resultados obtidos nos ensaios de
viscosidade e de penetração das amostras. Os resultados apresentados também serão
analisados considerando as normas que regem esses materiais. A análise dos testes
ocorrerá em dois subcapítulos para facilitar o entendimento e a compreensão dos
resultados.
5.1 Resultados do ensaio de viscosidade
O ensaio de viscosidade foi aplicado em duas amostras de mesma composição, em duas
temperaturas diferentes, as quais os resultados serão apresentados de maneira individual
uma tabela.
Nomes Temperatura Tempo conforme teste Tempo conforme norma
CAP 50-70 135ºC 210 segundos 140 segundos
CAP 50-70 150ºC 108 segundos 50 segundos
Durante os ensaios foram observados os tempos dados em segundos para que o
CAP 50-70 escoasse a uma temperatura de 135ºC e 150ºC, sendo que os resultados não
condizentes com a norma que rege os métodos de ensaio (Materiais Betuminosos –
Determinação de viscosidade Saybolt Furol ABNT NBR 14950).
5.2 Resultados do ensaio de penetração
O ensaio de penetração foi aplicado em duas amostras da mesma família. Os
resultados obtidos nas análises serão apresentados de maneira individual na Tabela 2.
Nomes 1º inserção 2º inserção 3º inserção
CAP 50-70 57 (mm/10) 51 (mm/10) 61 (mm/10)
CAP 55-75 modificado
com polímero
63 (mm/10) 57 (mm/10) 56 (mm/10)
Durante os ensaios foram observadas as penetrações em décimos de milímetro
por 5 segundos a uma temperatura de 25ºC, sendo obtido parcialmente os resultados
conforme norma que rege os métodos de ensaio (Materiais betuminosos – Determinação
de penetração ABNT NBR 6576).
6 CONCLUSÕES
O trabalho realizado para a disciplina de Materiais de Construção Civil I, ministrado
pela professora Betina Hansen, estudou e analisou amostras de mesma família dos
materiais betuminosos utilizados em construções de rodovias. O estudo tratou de
aprofundar questões referentes a características especificas dos betuminosos que fazem
deles mais usuais em determinadas ocasiões.
Durante o estudo das análises dos materiais betuminosos, foram realizados dois
testes distintos, sendo o primeiro de viscosidade e o segundo de penetração, com
objetivo de sabermos o quão os CAP’s são viscosos e qual sua dureza. Os equipamentos
e seu funcionamento foram descritos afim de facilitar a compreensão e a replicação dos
testes. Os testes realizados foram, em sua grande parte, submetidos respeitando as
normas reguladoras e os resultados obtidos nas amostras do teste de viscosidade não
foram condizentes com o esperado, já os resultados do teste de penetração foram
condizentes com o esperado, sendo todas as aplicações validadas.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BAUER, L.A. Falcão. Materiais de Construção, volume 2, 5 ed. Rio de Janeiro: LTC,
2008. Disponível em: https://renacerindustriacatalogo.wordpress.com/page/6/.
Acessado em 30 de maio de 2017.
PERTA. Disponível em: http://www.perta.pt/produtos/penetrometro/. Acessado em 30
de maio de2017.
ISAIA, Geraldo Cechella. Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e
Engenharia de Materiais, volume 2. São Paulo: IBRACON, 2007.
SOLOTEST. Disponível em
http://www.solotest.com.br/novo/produtos/penetrometro-univ--astm-d-5--com-agulha-/1
.300.001. Acessado em 28 de maio de 2017.
https://renacerindustriacatalogo.wordpress.com/page/6/
http://www.perta.pt/produtos/penetrometro/
http://www.solotest.com.br/novo/produtos/penetrometro-univ--astm-d-5--com-agulha-/1.300.001
http://www.solotest.com.br/novo/produtos/penetrometro-univ--astm-d-5--com-agulha-/1.300.001