Aula 2 Ligantes Asfálticos Universidade Federal Rural do Semi-árido

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PAVIMENTAÇÃO
AULA 02: LIGANTES ASFÁLTICOS
AMB-1075 PAVIMENTAÇÃO
Prof. Duílio Marçal
UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS AMBIENTAIS E TECNOLOGIAS
ENGENHARIA CIVIL
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
AMB-1075 PAVIMENTAÇÃO
Apesar da excelente qualidade dos asfaltos existentes, as condições de volume de
veículos comerciais e peso por eixo crescentes, rodovias especiais, aeroportos,
corredores de tráfego canalizado, grandes variações térmicas, esses fatores levam
para uma maior utilização de asfaltos modificados por polímeros.
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
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MACROMOLÉCULAS: são moléculas gigantescas que resultam do encadeamento
de dez mil ou mais átomos de carbono, unidos por ligações covalentes, podendo
ser naturais (madeira, borracha, lã, asfalto) ou sintéticas (plásticos, borrachas,
adesivos).
POLÍMEROS: são macromoléculas sintéticas, estruturalmente simples,
constituídas de unidades estruturais repetidas em sua longa cadeia, denominada
monômeros.
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
AMB-1075 PAVIMENTAÇÃO
O comportamento do polímero sintético depende dos materiais de partida
(monômeros), do tipo de reação empregado para sua obtenção e da técnica de
preparação. Os tipos de reação são:
- poliadição: SBR (borracha estireno-butadieno) e EVA (etileno-acetato de vinila);
- policondesação: ER e PET;
- modificação química de outro polímero: SBS (estireno-butadieno-estireno).
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Quanto ao seu comportamento frente à variações térmicas, os polímeros são
classificados nas seguintes categorias:
Termorrígidos: são aqueles que não se fundem, sofrem degradação numa
temperatura limite e endurecem irreversivelmente quando aquecidos a uma
temperatura, sendo essa dependente de sua estrutura química.
Ex: resina epóxi, poliéster, poliuretano.
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Quanto ao seu comportamento frente à variações térmicas, os polímeros são
classificados nas seguintes categorias:
Termoplásticos: são aqueles que se fundem e tornam-se maleáveis
reversivelmente quando aquecidos. Normalmente consistem em cadeias lineares,
mas podem também ser ramificadas. São incorporados ao asfalto em alta
temperatura.
Ex: polietileno, polipropileno, PVC.
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
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Quanto ao seu comportamento frente à variações térmicas, os polímeros são
classificados nas seguintes categorias:
Elastômeros: são aqueles que, quando aquecidos, se decompõem antes de
amolecer, com propriedades elásticas.
Ex: SBR.
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Quanto ao seu comportamento frente à variações térmicas, os polímeros são
classificados nas seguintes categorias:
Elastômeros termoplásticos: são aqueles que, a baixa temperatura, apresentam
comportamento elástico, porém quando a temperatura aumenta passam a
apresentar comportamento termoplástico.
Ex: SBS e EVA.
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SBR
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EVA
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PET
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SBS
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BR – 116 (RIO – SÃO PAULO)
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AEROPORTO SANTOS DUMONT
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PRINCIPAIS COPOLÍMEROS:
-SB
-SBS
-EVA
-SIS
-SEBS
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COMPATIBILIDADE DO POLÍMERO
Compatível: inexistente a separação de fases, sem precauções com manuseio,
estocagem sem agitação;
Semicompatível: a separação de fases pode ocorrer. A separação lenta pode ser
evitada através de estocagem com agitação, e a separação rápida de fases irá
requerer agitação intensa mesmo em transporte por curto espaço de tempo.
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ESPECIFICAÇÕES BRASILEIRAS PARA ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMEROS
Essas especificações em geral se baseiam em medidas de tensão x deformação,
viscosidade x temperatura, efeito do calor e ar, estabilidade à estocagem,
recuperação elástica, suscetibilidade térmica e módulo de rigidez.
ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO
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ESPECIFICAÇÕES BRASILEIRAS PARA
ASFALTO MODIFICADO POR
POLÍMEROS
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ENSAIO DE RECUPERAÇÃO ELÁSTICA
É um ensaio que utiliza o dutilômetro
com molde modificado; o teste é
realizado a 25°C ou a 4°C; a velocidade
de estiramento é de 5cm/min para
distinguir bem materiais modificados
com elastômeros dos demais.
Interrompe-se o ensaio após atingir
200 mm.
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ENSAIO DE SEPARAÇÃO DE FASES
Uma técnica recente para avaliar a
compatibilidade de asfaltos
modificados com polímero consiste da
combinação de técnicas de
polarização cruzada (CP) e rotação
segundo ângulo mágico (MAS).
Consiste em se colocar o asfalto-
polímero em um tubo metálico
padronizado, na vertical, em repouso,
durante 5 dias dentro de uma estufa a
163 °C e ao final desse período colher
uma amostra em dois pontos
distintos: um no topo e outro na base.
Nessas amostras serão realizados
ponto de amolecimento e
recuperação elástica.
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ENSAIO COESITIVIDADE VIALIT
Esse ensaio mede a característica de
coesão proporcionada pelo asfalto-
polímero por meio de um pêndulo
que solicita uma amostra do material
a ser testado.
Consiste em depositar uma fina
camada de ligante a ser testado entre
dois cubos que possuem, em uma das
faces, uma área “dentada”. Faz-se a
medição da energia necessária para
descolar os dois cubos.
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ENSAIO DE TOUGHNESS E TENACITY
(“FRAGILIDADE E TENACIDADE”)
TOUGHNESS é a medida do trabalho
total para tracionar uma amostra de
ligante numa prensa de laboratório e
TENACITY é o trabalho requerido para
alongar a amostra depois que a
resistência inicial foi superada.
É realizado a temperatura ambiente
com velocidade de 500mm/min e
consiste em medir a força necessária
para tracionar um cabeçote
hemisférico imerso dentro de uma
amostra do ligante.
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ENSAIO DE TOUGHNESS E TENACITY
(FRAGILIDADE E TENACIDADE)
ASFALTO-BORRACHA
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Uma forma alternativa de se
incorporar os benefícios de um
polímero ao ligante asfáltico, e ao
mesmo tempo reduzir problemas
ambientais, é utilizar a borracha de
pneus inservíveis em misturas
asfálticas.
CONTEÚDO DE PNEU: 10 Kg
- 2,50 Kg de diferentes tipos de
borracha sintética;
- 2,00 Kg de 8 diferentes tipos de
borracha natural;
- 0,75 Kg de aço para as cinturas;
- 0,50 Kg de poliéster e náilon;
- 0,25 Kg de arame de aço;
- 1,50 Kg de diferentes tipos de
produtos químicos, óleos,
pigmentos, etc.
ASFALTO-BORRACHA
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No Brasil são colocados no mercado
aproximadamente 61 milhões de
pneus por ano, sendo que cerca de 38
milhões são resultado da produção
nacional e 23 milhões são
reaproveitados, usados importados ou
recauchutados. (Ano: 2001)
ASFALTO-BORRACHA
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São dois os métodos de incorporação de borracha triturada de pneus às
misturas asfálticas: o processo úmido (wet process) e o processo seco (dry
process).
ASFALTO-BORRACHA
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PROCESSO ÚMIDO (WET PROCESS)
A borracha finalmente triturada é adicionada ao CAP aquecido, produzindo
ligante modificado, que tem sido denominado de asfalto-borracha.Esse ligante
pode ser utilizado em:
- CONCRETO ASFÁLTICO (CA)
- STONE MATRIX ASPHALT (SMA)
- CAMADA POROSA DE ATRITO (CPA)
- TRATAMENTOS SUPERFICIAIS (TS)
ASFALTO-BORRACHA
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PROCESSO ÚMIDO (WET PROCESS)
ASFALTO-BORRACHA
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ASFALTO-BORRACHA
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PROCESSO SECO (DRY PROCESS)
Nesse processo, a borracha triturada entra como parte do agregado pétreo da
mistura e juntamente com o ligante asfáltico dá origem ao produto “agregado-
borracha” ou concreto asfáltico modificado com adição de borracha. Essa
mistura só deve ser utilizada em misturas à quente (CONCRETO ASFÁLTICO ou
COM GRANULOMETRIA ESPECIAL DESCONTÍNUA – GAP).
EMULSÃO ASFÁLTICA
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Para que o CAP possa recobrir convenientemente os agregados é necessário
que apresente uma baixa viscosidade, o que será atingido com o aquecimento
do ligante e do agregado a temperaturas convenientemente escolhidas para
cada tipo de ligante.
EMULSÃO ASFÁLTICA
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Para evitar o aquecimento do ligante a fim de obter viscosidades de trabalho
nos serviços de pavimentação, é possível promover mudanças no ligante
utilizando-se dois processos de preparação:
- Adição de diluente volátil ao asfalto produzindo o que chamamos de ASFALTO
DILUÍDO;
- Emulsionamento do asfalto.
EMULSÃO ASFÁLTICA
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EMULSÃO: É uma dispersão estável de dois ou mais líquidos imiscíveis. No caso
do EAP os dois líquidos são o asfalto e a água.
Essa emulsão não é estável, sendo necessário a utilização de um produto
auxiliar para mantê-la estável. Além disso, o asfalto precisa ser preparado por
ação mecânica que o transforme em pequenas partículas ou glóbulos.
Proporção típica é de 60% asfalto e 40% água.
EMULSÃO ASFÁLTICA
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PRODUÇÃO DE EMULSÃO ASFÁLTICA DE PETRÓLEO
A ação mecânica de obtenção dos glóbulos é feita em um moinho coloidal
especialmente preparado para a “quebra” do asfalto aquecido em porções
minúsculas que devem ter um tamanho especificado.
As emulsões podem ter carga de partícula negativa ou positiva, sendo
conhecidas, respectivamente, por aniônica e catiônica.
EMULSÃO ASFÁLTICA
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PRODUÇÃO DE EMULSÃO ASFÁLTICA DE PETRÓLEO
EMULSÃO ASFÁLTICA
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ESPECIFICAÇÕES BRASILEIRAS
As designações das classes das emulsões brasileiras são feitas em função:
1) Do tempo necessário para que ocorra a ruptura, dividida em lenta, média
ou rápida;
2) Do teor de asfalto contida na mesma;
3) Da carga iônica.
EMULSÃO ASFÁLTICA
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ESPECIFICAÇÕES BRASILEIRAS
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE CARGA DE PARTÍCULA
Esse ensaio é realizado com
auxílio de um equipamento de
medida de pH. Consiste em
introduzir eletrodos dentro da
emulsão e verificar para qual
deles as partículas são atraídas.
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE RUPTURA DE EMULSÃO
Quando a emulsão entre em
contato com o agregado pétreo,
inicia-se o processo de ruptura da
emulsão que é a separação do
CAP e da água.
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE SEDIMENTAÇÃO
Esse ensaio consiste em deixar em repouso
total, numa proveta, por 5 dias 500 ml de
emulsão, após isso retirar 55ml do topo da
proveta e 55ml do fundo. Nessas amostras
será medida a quantidade de resíduo
presente após o repouso de 5 dias,
colocando-os num béquer por 2 horas no
interior de uma estufa a temperatura de
163 °C. Por fim, mede-se o seu peso.
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE PENEIRAÇÃO
O peneiramento consiste em determinar a
porcentagem em peso de partículas de
asfalto retidas na peneira da malha #20
(0,84mm). Permitido somente 0,1% de CAP
retido na peneira, para qualquer emulsão.
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE RESÍDUO POR DESTILAÇÃO
A amostra consiste de aproximadamente
300g da emulsão que serão passados em
peneira de abertura 841 μm. O término da
destilação deve ocorrer entre 45 e 75
minutos após atingida a temperatura de
destilação. O resíduo é expresso como a
porcentagem do peso residual.
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE VISCOSIDADE
Utilização do viscosímetro de SAYBOLT-
FUROL (SSF).
EMULSÃO ASFÁLTICA- ENSAIOS BÁSICOS
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ENSAIO DE DETERMINAÇÃO DE PH
Utiliza-se um aparelho próprio que possui
um sensor que é mergulhado na amostra
da emulsão e registra o pH.
ASFALTO DILUÍDO
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São produzidos pela adição de um diluente volátil, obtido
do próprio petróleo, que varia conforme o tempo
necessário para a perda desse componente adicionado
restando o asfalto residual após a aplicação.
- Cura rápida (CR): cujo solvente é a gasolina ou a nafta;
- Cura média (CM): cujo solvente é o querosene.
ASFALTO DILUÍDO
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São produzidos pela adição de um diluente volátil, obtido
do próprio petróleo, que varia conforme o tempo
necessário para a perda desse componente adicionado
restando o asfalto residual após a aplicação.
- Cura rápida (CR): cujo solvente é a gasolina ou a nafta;
- Cura média (CM): cujo solvente é o querosene.
A segunda forma de avaliação é pela viscosidade
cinemática do material.
ASFALTO DILUÍDO
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ASFALTO-ESPUMA
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Uma terceira forma de diminuir a
viscosidade do asfalto e melhorar a
sua dispersão quando se mistura com
agregados, mas ainda utilizando o
CAP aquecido, é a técnica chamada
de ASFALTO-ESPUMA.
AGENTES REJUVENESCEDORES
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Uma das técnicas atuais de
recuperação de flexibilidade do
ligante é a reciclagem a quente ou a
frio. Para isso é utilizado um produto
especialmente preparado para
funcionar como um repositor de
frações maltênicas do ligante
envelhecido, chamado agente
rejuvenescedor.