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1 Terraplanagem e Pavimentação Prof. MSc. Ruiter da Silva Souza -O asfalto é um dos mais antigos e mais versáteis materiais de construção utilizados pelo homem; -Os primeiros registros são de 3000 a.C., quando ele era usado para conter vazamentos de águas em reservatórios, já passando pouco depois a pavimentar estradas no Oriente Médio. Nesta época, ele não era extraído do petróleo, mas sim feito com piche retirado de lagos pastosos (Wikipédia); -O Manual de asfalto (IA, 1989 versão em português, 2001) lista mais de 100 das principais aplicações desse material, desde a agricultura até a indústria. -No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico, além de ser também utilizado em grande parte das ruas. MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS 2 -Há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as principais: � proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlável � Impermeabilizante; � Durável; � Resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, com ou sem aditivos. MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS -As seguintes definições e conceituações são empregadas com referência ao material: � betume: comumente é definido como uma mistura de hidrocarbonetos solúvel no bissulfeto de carbono; � asfalto: mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação, cujo principal componente é o betume, podendo conter ainda outros materiais, como oxigênio, nitrogênio e enxofre, em pequena proporção; � alcatrão: é uma designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos, que se obtém da queima ou destilação destrutiva do carvão, madeira etc. -Portanto, o asfalto e o alcatrão são materiais betuminosos porque contêm betume, mas não podem ser confundidos porque suas propriedades são bastante diferentes. MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS 3 -As seguintes definições e conceituações são empregadas com referência ao material: � betume: comumente é definido como uma mistura de hidrocarbonetos solúvel no bissulfeto de carbono; � asfalto: mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação, cujo principal componente é o betume, podendo conter ainda outros materiais, como oxigênio, nitrogênio e enxofre, em pequena proporção; � alcatrão: é uma designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos, que se obtém da queima ou destilação destrutiva do carvão, madeira etc. -Portanto, o asfalto e o alcatrão são materiais betuminosos porque contêm betume, mas não podem ser confundidos porque suas propriedades são bastante diferentes. MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS -Alcatrão pouco utilizado Cancerígeno + pouca homogeneidade + baixa qualidade como ligante de pavimentação; -No que diz respeito à terminologia, há uma preferência dos europeus em utilizar o termo betume para designar o ligante obtido do petróleo, enquanto os americanos, inclusive os brasileiros, utilizam mais comumente o termo asfalto para designar o mesmo material. -Com a total predominância atual do ligante proveniente do petróleo na pavimentação, com o abandono do alcatrão, fica aceitável a utilização dos termos betume e asfalto como sinônimos. -Quando o asfalto se enquadra em uma determinada classificação particular, que em geral se baseia em propriedades físicas que pretendem assegurar o bom desempenho do material na obra, ele passa a ser denominado comumente pela sigla CAP – cimento asfáltico de petróleo, seguida de algum outro identificador numérico. MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS 4 -Há ainda os asfaltos naturais, provenientes de “lagos” formados a partir de depósito de petróleo que migraram para a superfície. -As primeiras pavimentações asfálticas no Brasil empregaram asfalto natural, importado de Trinidad, em barris, nas ruas do Rio de Janeiro em 1908 (Prego, 1999). MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS Asfaltos para pavimentação: a) Cimentos Asfálticos (CAP) b) Asfaltos Diluídos (AD) c) Emulsões Asfálticas (EA) d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros) Asfaltos industriais: a) Asfaltos Oxidados ou Soprados CLASSIFICAÇÃO – QUANTO À APLICAÇÃO 5 Asfaltos naturais: Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). Possuem de 60 a 80% de betume. Rochas asfálticas: O asfalto aparece impregnando os poros de algumas rochas (Gilsonita) e também misturado com impurezas minerais (areias e argilas) em quantidades variáveis. O xisto betuminoso pode ser citado como exemplo de rocha asfáltica. Asfaltos de petróleo: Mais empregado e produzido, sendo isento de impurezas. Pode ser encontrado e produzido nos seguintes estados: a) Sólido b) Semi-sólido c) Líquido: Asfalto dissolvido e Asfalto emulsificado Alcatrão: Proveniente do refino do alcatrão bruto, que se origina da destilação dos carvões durante a fabricação de gás e coque. Estão em desuso no Brasil a mais de 25 anos. CLASSIFICAÇÃO – QUANTO À ORIGEM Segundo Leite (2003) apud Marques (2010), o CAP é por definição um material Adesivo termoplástico, impermeável à água, viscoelástico e pouco reativo, ou seja: � Termoplástico: possibilita manuseio a quente. Após resfriamento retorna a condição de viscoelasticidade. � Impermeável: evita a penetração de água (chuva) na estrutura do pavimento, forçando o escoamento para os dispositivos de drenagem � Viscoelástico: Combina o comportamento elástico (sob aplicação de carga curta) e o viscoso (sob longos tempos de aplicação de carga) � Pouco reativo: Quimicamente, apenas o contato com o ar propicia oxidação lenta, mas que pode ser acelerado pelo aumento da temperatura. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 6 Composição Química do CAP Segundo Leite (2003): - O CAP tem um número de átomos de carbono que varia de 24 a 150; - Peso molecular de 300 a 2000; - Contendo teores significantivos de heteroátomos (nitrogênio, oxigênio, enxofre, vanádio, níquel e ferro) que exercem papel importante; - Constituído de compostos polares e polarizáveis (capazes de associação) e de compostos não polares (hidrocarbonetos aromáticos e saturados). ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Composição Química do CAP ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 7 Composição Química do CAP ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Composição Química do CAP -No fracionamento do CAP, encontramos 4 categorias principais: � Hidrocarbonetos Saturados (S) � Hidrocarbonetos Aromáticos (A) � Resinas (R) � Asfaltenos (A) -Os 3 primeiros são denominados de maltenos e sendo os 2 primeiros compostos “não polares” e os 2 últimos compostos polares e polatizáveis. -Os asfaltenos são formados devido a associações intermoleculares e são responsáveis pelo comportamento reológico do CAP. Tem maior peso molecular e maior teor de heteroátomos. Sua estrutura é constituída de poliaromáticos, com encadeamento de hidrocarbonetos naftênicos condensados e cadeias curtas de saturados. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 8 Composição Química do CAP -Os CAPs são sistemas coloidais constituídos por uma suspensão de micelas de asfaltenos, peptizadas pelas resinas num meio oleoso (óleos saturados e aromáticos) em equilíbrio. -Na figura seguinte podemos ver a representação da estrutura coloidal do cimento asfáltico (LEITE, 2003) ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Composição Química do CAP -Segundo LEITE (2003) este esquema conduz a formação de aglomerados, resultantes de associações intermoleculares dos compostos polares e polatizáveis, responsável pelo caráter Gel (mais consistente). As forças intermoleculares responsáveis por esta aglomeração são mais fracas que as ligações covalentes. Estas forças são oriundas de atração dipolo-dipolo induzidas pelos heteroátomos. A variaçãoda temperatura pode modificar o equilíbrio acima alterando o comportamento viscoelástico. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 9 Obtenção -Antigamente os asfaltos eram obtidos em lagos e poços de petróleo e com a evaporação das frações leves restava um material residual com características adequadas aos usos desejados. -Atualmente a obtenção do asfalto é feita através de refinação (refinamento) do petróleo. A quantidade de asfalto contida num petróleo pode variar de 10 a 70%. -O processo de refinamento depende do tipo e rendimento em asfalto que o mesmo apresenta. � Se o rendimento for alto, apenas é utilizada a destinação à vácuo. � Se o rendimento em asfalto for médio, usa-se a destilação atmosférica e destilação à vácuo. � Se o rendimento for baixo utilizam-se destilação atmosférica, destilação à vácuo e extração após o 2º estágio de destilação. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Obtenção -O processo mais usado é o da destilação em duas etapas, que consiste numa separação física dos vários constituintes do petróleo pela diferença entre seus pontos de ebulição e de condensação. A seguir é mostrado um esquema do refino de asfalto proveniente de petróleos médios: ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 10 Obtenção -Síntese do processo de refino: 1- Bombeamento do tanque, aquecimento, entrada na torre de destilação onde é parcialmente vaporizado. 2- As frações mais leves vaporizam e sobem na torre. No topo, após separação forma-se a gasolina e o gás liquefeito de petróleo (GLP). A queda de temperatura ao longo da torre provoca condensação, sendo retirados lateralmente, neste ponto, produtos especificados (querosene, óleo diesel). 3- As frações mais pesadas, ainda em estado líquido, vão para o fundo, sendo novamente aquecidas para entrada na torre de funcionamento à vácuo. 4- Na torre de destilação à vácuo a temperatura e o vácuo são controlados de modo a permitirem o ajuste da consistência desse resíduo, obtendo-se assim o asfalto. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Obtenção -Para se produzir CAP pode ser utilizado um ou mais tipos de petróleo (mistura). Após a destilação, o resíduo pode ser misturado com outras correntes para acerto da consistência. Sendo pouco viscoso (mole) adicionam-se resíduos de desasfaltação ou faz-se sopragem. Para os muito viscosos (duros) misturam-se gasóleos pesados. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 11 Obtenção ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Obtenção -Os cimentos asfálticos de petróleo podem ser classificados segundo a viscosidade e a penetração. -A viscosidade dinâmica ou absoluta indica a consistência do asfalto e a penetração indica a medida que uma agulha padronizada penetra em uma amostra em décimos de milímetro. -No ensaio penetração se a agulha penetrar menos de 10 dmm o asfalto é considerado sólido. Se penetrar mais de 10 dmm é considerado semi-sólido. -A Resolução ANP Nº 19, de 11 de julho de 2005 estabeleceu as novas Especificações Brasileiras dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) definindo que a classificação dos asfaltos se dará exclusivamente pela Penetração. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 12 Obtenção -Os quatro tipos disponíveis comercialmente são os seguintes: CAP 30/45; CAP 50/70; CAP 85/100 e CAP 150/200 -O par de vapores significa os limites inferior e superior permitidos para a Penetração, medida em décimos de milímetro. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP Especificação CAP ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP 13 Aplicações CAP -Deve ser livre de água, homogêneo em suas características e conhecer a curva viscosidade-temperatura. -Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico deve-se usar: CAP 30/45, 50/70 e 85/100. -Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso deve-se usar CAP150/200. Restrições CAP -Não podem ser usados acima de 177°C, para evitar possível craqueamento térmico do ligante. Também não devem ser aplicados em dias de chuva, em temperaturas inferiores a 10°C e sobre superfícies molhadas. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO Aplicações CAP -Também conhecidos como Asfaltos Recortados ou “Cut Backs”. -Resultam da diluição do cimento asfáltico por destilados leves de petróleo. -Os diluentes funcionam como veículos proporcionando produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais baixas que o CAP. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - Asfaltos Diluídos 14 Aplicações CAP Obtenção -Os asfaltos diluídos são obtidos por meio de um devido proporcionamento entre CAP e diluente, feita em um misturador específico, seguindo o seguinte esquema: ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - Asfaltos Diluídos Aplicações CAP Classificação -Os diluentes evaporam-se após a aplicação e o tempo necessário para evaporar chama-se “Cura”. De acordo com a cura, podem ser classificados em: CR → Cura Rápida → Solvente: Gasolina CM → Cura Média → Solvente: Querosene CL → Cura Lenta → Solvente: Gasóleo (não se usa mais) Cada categoria apresenta vários tipos com diferentes valores viscosidade cinemática, determinadas em função da quantidade de diluente: CR-70; CR-250; CR-800; CR-3000; CM-30; CM-70; CM-250; CM-800; CM-3000 ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - Asfaltos Diluídos 15 Aplicações CAP Classificação -A quantidade média de CAP e diluente são as seguintes: ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - Asfaltos Diluídos Aplicações CAP É um sistema constituído pela dispersão de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta) ou de uma fase aquosa em uma fase asfáltica (inversa): CAP + Água + Agente Emulsivo. Obtenção -A emulsão asfáltica é conseguida mediante a colocação de CAP + Água + Agente Emulsivo (Emulsificante ou Emulsificador) em um moinho coloidal, onde é conseguida a dispersão da fase asfáltica na fase aquosa através da aplicação de energia mecânica (trituração do CAP) e Térmica (aquecimento do CAP para torná-lo fluido). ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Emulsões Asfálticas 16 Aplicações CAP Obtenção -O esquema de produção é mostrado na figura a seguir: ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Emulsões Asfálticas Aplicações CAP Obtenção -O agente emulsificante tem a função de diminuir a tensão interfacial entre as fases asfáltica e aquosa, evitando que ocorra a decantação do asfalto na água. A quantidade de emulsificante varia de 0,2 a 1%. -Os agentes geralmente utilizados são o Sal de Amina, Silicatos Solúveis ou não Solúveis, Sabões e Óleos Vegetais Sulfonados e Argila Coloidal. -A quantidade de asfalto é da ordem de 60 a 70% ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Emulsões Asfálticas 17 Aplicações CAP Classificação Quanto à carga da partícula -Catiônicas; Carregadas positivamente -Aniônicas; Carregadas negativamente -Bi-iônicas; -Não-íônicas ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Emulsões Asfálticas Aplicações CAP Classificação Quanto ao tempo de ruptura -Rápida; -Média; -Lenta. A ruptura das emulsões ocorre quando são colocadas em contato com agregados e o equilíbrio que mantinha os glóbulos do asfalto em suspensão na água é rompido. A água evapora e o asfalto flocula se fixando no agregado. A cor das emulsões antes da ruptura é marrom, tornando-se depois preta. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Emulsões Asfálticas 18 Aplicações CAP Classificação Quanto ao tempo de ruptura -O tempo de ruptura depende da quantidade e tipo de agente emulsivo. -As emulsões asfálticas normalmente utilizadas em pavimentação são as catiônicas diretas, sendo classificadas quanto a utilização em: RR-1C; RR-2C; RM-1C; RM-2C; RL-1C; LA-1C; LA-2C. -Esta classificação depende da viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente, desemulsibilidade e resíduo de destilação. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Emulsões Asfálticas Aplicações CAP -São obtidos a partir da dispersão do CAP com polímero, em unidade apropriada.-Os polímeros mais utilizados são: SBS (Copolímero de Estireno Butadieno); SBR (Borracha de Butadieno Estireno); EVA (Copolímero de Etileno Acetato de Vinila); EPDM (Tetrapolímero Etileno Propileno Diesso); APP (Polipropileno Atático); Polipropileno; Borracha vulcanizada; Resinas; Epóx; Poliuretanas; etc. -Os polímeros aceleram o comportamento reológico do asfalto conferindo elasticidade e melhorando suas propriedades mecânicas. Suas principais vantagens: � Diminuição da suscetibilidade térmica � Melhor característica adesiva e coesiva � Maior resistência ao envelhecimento � Elevação do ponto de amolecimento ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Asfalto Modificado (Asfalto Polímero) 19 Aplicações CAP � Alta elasticidade � Maior resistência à deformação permanente � Melhores características de fadiga. -Devido a estas vantagens, tem sido muito utilizado em serviços de impermeabilização e pavimentação. ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO – Asfalto Modificado (Asfalto Polímero) Aplicações CAP -São asfaltos aquecidos e submetidos a ação de uma corrente de ar com o objetivo de modificar suas características normais, a fim de adaptá-los para aplicações especiais. -São usados geralmente para fins industriais como impermeabilizantes. Asfaltos Industriais – Asfaltos Oxidados ou Soprados 20 -Teoricamente a caracterização dos materiais betuminosos deveria basear-se em coeficientes reológicos. Reologia é a ciência que estuda a variação, no tempo, das relações tensão-deformação. -Conforme a natureza do material, intensidade e magnitude do esforço aplicado, os corpos podem apresentar deformações elásticas, viscosas ou de escoamento. -Na prática, usam-se ensaios facilmente executáveis, devidamente normalizados, que fornecem medidas aproximadas do comportamento do material, sob determinadas condições. -A aceitação dos materiais betuminosos depende da execução de numerosos ensaios de rotina que pouco esclarecem a respeito das características químicas dos materiais betuminosos. Estes ensaios fundamentam-se em cálculos probabilísticos, seguindo condições preconizadas que devem ser seguidas a rigor. ENSAIOS EM MATERIAIS ASFÁLTICOS -O CAP não apresenta ponto de fusão definido. -O aumento da temperatura altera seu estado físico de sólido para líquido. -Comportam-se como corpos visco-elásticos no intervalo de temperatura de serviço. ENSAIOS EM MATERIAIS ASFÁLTICOS – ENSAIOS EM CAP 21 -O teor de água deve ser pequeno nos materiais betuminosos, a fim de que não espumem quando aquecidos acima de 100°C. -Nos CAPs esse controle processe-se pela exigência de que não espumem quando aquecidos a 175°C. -Um ensaio simples para a verificação da presença de água no CAP consiste em se aquecer uma quantidade de CAP, observando o aparecimento de um “borbulhar” na superfície. Caso apareça a formação de bolhas, conclui-se que o CAP continha alguma quantidade indevida de água. -O ensaio denominado “Determinação de água em Petróleo e outros materiais betuminosos” (MB-37/1975) fixa o modo de proceder-se à verificação de água existente em Petróleo e materiais betuminosos através de destilação. ENSAIOS EM CAP - DETERMINAÇÃO DE ÁGUA (ENSAIO DE ESPUMA) -Este ensaio dá uma ideia da quantidade de betume puro e da qualidade do asfalto. É chamado de ensaio da Solubilidade e utiliza-se o frasco de Erlenmeyer. -No cimento asfáltico do petróleo a fração solúvel no CCl4 ou CS2 representa os ligantes ativos do asfalto. -As etapas principais do ensaio são as seguintes: a) Pesar a amostra de asfalto antes do ensaio; b) Dissolver a amostra em um solvente (CS2 ou CCl4 ); c) Filtrar o material para remoção da parcela insolúvel; d) Secar e pesar a parte insolúvel; A diferença entre o peso inicial e o peso insolúvel, expressa em %, representa a solubilidade do CAP. As especificações para asfaltos de pavimentação geralmente requerem um mínimo de 99,0% do asfalto solúvel em tricloroetileno (é mais usual uma vez que o bissulfeto de carbono é muito tóxico). ENSAIOS EM CAP – TEOR DE BETUME (ENSAIO DE SOLUBILIDADE) 22 -A temperatura altera significativamente o estado físico ou de consistência dos asfaltos, sendo por isso considerado um material termo-plástico. -A Consistência pode ser medida através de vários parâmetros, como por exemplo: Penetração, Ponto de Amolecimento, Coeficiente de Viscosidade, Viscosidade Saybolt, etc. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA CONSISTÊNCIA -Este ensaio dá uma idéia da consistência para fins de classificação. -A penetração é a profundidade, em décimos de milímetro, que uma agulha de massa padronizada (100g) penetra numa amostra de volume padronizado de cimento asfáltico, por 5 segundos, à temperatura de 25ºC. -Em cada ensaio, três medidas individuais de penetração são realizadas. A média dos três valores é anotada e aceita, se a diferença entre as três medidas não exceder um limite especificado em norma. -A consistência do CAP é tanto maior quanto menor for a penetração da agulha. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA PENETRAÇÃO (NBR 6576/98) 23 -A penetração também é empregada na atualidade no Brasil para a classificação dos CAPs. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA PENETRAÇÃO (NBR 6576/98) -O ponto de amolecimento é uma medida empírica que correlaciona a temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condições particulares e atinge uma determinada condição de escoamento. -Sequência do ensaio: � Uma bola de aço de dimensões e peso especificados é colocada no centro de uma amostra de asfalto que está confinada dentro de um anel metálico padronizado. � Todo o conjunto é colocado dentro de um banho de água num béquer. O banho é aquecido a uma taxa controlada de 5ºC/minuto. � Quando o asfalto amolece o suficiente para não mais suportar o peso da bola, a bola e o asfalto deslocam-se em direção ao fundo do béquer. � A temperatura é marcada no instante em que a mistura amolecida toca a placa do fundo do conjunto padrão de ensaio. ENSAIOS EM CAP – PONTO DE AMOLECIMENTO- MÉTODO DO ANEL E BOLA (NBR 6560/2000) 24 -O teste é conduzido com duas amostras do mesmo material. Se a diferença de temperatura entre as duas amostras exceder 2ºC, o ensaio deve ser refeito. -Esse ensaio é classificatório em especificações brasileira e européia, e é empregado para estimativa de suscetibilidade térmica, além de também estar presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados. ENSAIOS EM CAP – PONTO DE AMOLECIMENTO- MÉTODO DO ANEL E BOLA (NBR 6560/2000) -O Índice de Suscetibilidade Térmica (IST) ou Índice de Pfeiffer Van Doormal (PVD) é dado pela seguinte expressão que correlaciona o valor da Penetração e do Ponto de amolecimento. Onde PA: Ponto de Amolecimento: é a temperatura na qual a consistência de um ligante asfáltico passa do estado plástico (ou semi-sólido) para o estado líquido. PEN: Penetração do asfalto (em 0,1mm) ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE SUSCETIBILIDADE TÉRMICA 25 -De um modo geral pode-se afirmar o seguinte: Para PVD < (- 2): Asfaltos que amolecem muito rapidamente com o aumento da temperatura e tendem a ser quebradiços em baixas temperaturas. Para PVD > (+ 2): Asfaltos oxidados com baixíssima suscetibilidade térmica e não são indicados para serviços de pavimentação Para os asfaltos produzidos no Brasil, normalmente se tem: - 2 < PVD < +1. As especificações atuais para asfaltos brasileiros (Resolução ANP Nº 19, de 11de julho de 2005) estabelecem os seguintes limites para o PVD: - 1,5 < PVD < +0,7. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE SUSCETIBILIDADE TÉRMICA -Este ensaio também mede a consistência dos materiais betuminosos. As consistências indicadas para as operações de mistura, espalhamento e compactação são medidas em termos de viscosidades. -São utilizados aparelhos denominados viscosímetros, quese destinam a medir a resistência ao escoamento de um fluido. Existem 2 métodos para a determinação da viscosidade: � Método empírico: Utiliza o viscosímetro Saybolt, determinando-se a viscosidade Saybolt Furol (Fuel and Roads Oils) onde a unidade é o segundo (SSF). � Método absoluto: Utiliza os viscosímetros capilares ou de placas paralelas, determinando-se a viscosidade cinemática, onde a unidade é o “Poise” (P) ou Stokes. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE Saybolt-Furol (NBR 14950) 26 -No viscosímetro de placas paralelas pode-se observar a lei de Newton para os fluidos: “A resistência ao deslocamento relativo das partes de um líquido é proporcional à velocidade com que estas partes se separam uma da outra.” -A viscosidade é uma medida da consistência que o material apresenta ao movimento relativo de suas partes ou ainda de sua capacidade de fluir. -É a característica inerente ao material de opor-se ao fluxo ou deslocamento de uma partícula sobre partículas adjacentes devido a uma espécie de atrito interno do material. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE Saybolt-Furol (NBR 14950) Onde: η = Coeficiente de viscosidade ou Viscosidade τ = Tensão cisalhante γ = ∆γ/∆τ = Velocidade de deformação transversal ou distorção, sendo ∆τ o tempo gasto para que ocorra uma deformação transversal ∆γ. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE Saybolt-Furol (NBR 14950) 27 -A viscosidade saybolt exprime o tempo , em segundos, que uma determinada quantidade de material leva para se escoar em determinada temperatura e em condições padronizadas. -São comumente utilizadas as temperaturas de 25, 50, 60 e 82,2° C para asfaltos diluídos e emulsões e para cimentos asfálticos a viscosidade é medida a 135°C. -As especificações para o cimento asfático do petróleo fixam os seguintes valores mínimos: ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE Saybolt-Furol (NBR 14950) ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE Saybolt-Furol (NBR 14950) 28 -O ensaio para determinação da viscosidade Saybolt pode ser assim resumido: a) Aquecer o óleo do viscosímetro até obter a temperatura de ensaio b) Inserir uma rolha no fundo do viscosímetro c) Filtrar a amostra (peneira nº 100) diretamente no viscosímetro, preenchendo até nível do bordo. d) Agitar a amostra até a temperatura do ensaio através de um termômetro e) Colocar o frasco receptor, de volume fixo de 60 ml sob o viscosímetro e retirar a Rolha f) Marcar o tempo em segundos até o escoamento da amostra atingir o menisco de referência. Este tempo é a viscosidade. ENSAIOS EM CAP – DETERMINAÇÃO DA VISCOSIDADE Saybolt-Furol (NBR 14950) -A coesão dos asfaltos é avaliada indiretamente pela medida empírica da dutilidade que é a capacidade do material de se alongar na forma de um filamento. -Nesse ensaio, corpos-de-prova de ligantes colocados em moldes especiais (em forma de osso de cachorro – dog bone – ou gravata-borboleta), separados ao meio na seção diminuída do molde, são imersos em água dentro de um banho que compõe o equipamento (Figura 2.15). -A dutilidade é dada pelo alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP, na seção diminuída do molde com largura inicial de 10mm, em banho de água a 25 ºC, submetida pelos dois extremos à velocidade de deformação de 5cm/minuto (ABNT NBR 6293/2001). ENSAIOS EM CAP – ENSAIO DE DUTILIDADE 29 -O ponto de fulgor é um ensaio ligado à segurança de manuseio do asfalto durante o transporte, estocagem e usinagem. Representa a menor temperatura na qual os vapores emanados durante o aquecimento do material asfáltico se inflamam por contato com uma chama padronizada. Valores de pontos de fulgor de CAP são normalmente superiores a 230ºC. A Figura 2.20 mostra um arranjo esquemático do ensaio e foto de equipamento utilizado para executá-lo segundo a norma ABNT NBR 11341/2004. ENSAIOS EM CAP – ENSAIO DE PONTO DE FULGOR -A massa específica do ligante asfáltico é obtida por meio de picnômetro para a determinação do volume do ligante e é definida como a relação entre a massa e o volume. A Figura 2.21 apresenta as etapas do ensaio. A massa específica e a densidade relativa do CAP devem ser medidas e anotadas para uso posterior na dosagem das misturas asfálticas. -Os ligantes têm em geral massa específica entre 1 e 1,02g/cm3. -O ensaio é realizado de acordo com a norma ABNT NBR 6296/2004. A densidade relativa é a razão da massa específica do asfalto a 20ºC pela massa específica da água a 4ºC, que é de aproximadamente 1g/cm3. A finalidade é a conversão de massas em volumes durante os cálculos de determinação do teor de projeto de ligante numa mistura asfáltica. ENSAIOS EM CAP – ENSAIO DE MASSA ESPECÍFICA E DENSIDADE RELATIVA 30 ENSAIOS EM CAP – ENSAIO DE MASSA ESPECÍFICA E DENSIDADE RELATIVA -Além dos ensaios utilizados na caracterização dos Cimentos Asfálticos do Petróleo, existem uma série de ensaios para os Asfaltos Diluídos e Emulsões Asfálticas: -Asfaltos Diluídos: Pontos de fulgor, viscosidade, destilação, mancha, flutuação, resíduo asfáltico de penetração 100. -Emulsões Asfálticas: Ensaios de desemulsão ou ruptura, viscosidade, sedimentação, determinação das cargas das partículas, PH, mistura com cimento, resíduo de destilação, peneiramento, resistência à ação da água. ENSAIOS EM ASFALTOS DILUÍDOS E EMULSÕES 31 -MEDINA, J., 1997, Mecânica dos Pavimentos. 1ª edição, 380 p. Rio de Janeiro-RJ, Editora UFRJ. -MARQUES, G.L.O., 2010, Notas de Aula da Disciplina Pavimentação. Versão: 06.2, 210 p. Juiz de Fora-MG. -ALMEIDA, G.C.P., 2005, Caracterização Física e Classificação dos Solos, 145 p. Juiz de Fora-MG. -Manual de pavimentação. 3.ed. – Rio de Janeiro, 2006. 274p. (IPR. Publ., 719). -Pavimentação asfáltica : formação básica para engenheiros / Liedi Bariani Bernucci... [et al.]. – Rio de Janeiro : PETROBRAS: ABEDA, 2006, 504 f. : il. -Diretrizes básicas para estudos e projetos rodoviários: escopos básicos / instruções de serviço. - 3. ed. - Rio de Janeiro, 2006. 484p. (IPR. Publ., 726). -Diretrizes básicas para elaboração de estudos e projetos rodoviários: instruções para acompanhamento e análise. - Rio de Janeiro, 2010. 564p. (IPR. Publ. 739). BIBLIOGRAFIA
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