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Pavimentação AULA 5 – MATERIAIS UTIL IZADOS EM PAVIMENTAÇÃO MATERIAIS BETUMINOSOS PROF. ALAN REIS M O NT E C A RM ELO, M A RÇ O D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Introdução O asfalto é um dos mais antigos e versáteis materiais de construção utilizados pelo homem. O uso em pavimentação é um dos mais importantes entre todos e um dos mais antigos também. Na maioria dos países do mundo, a pavimentação asfáltica é a principal forma de revestimento. No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico, além de ser também utilizado em grande parte das ruas. 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; é impermeabilizante, é durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos. possibilidade de trabalho a diversas temperaturas; preço competitivo. S L I D E 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Definições Três definições são importantes no contexto do uso do asfalto em pavimentação: S L I D E 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Betume Asfalto Alcatrão Comumente é definido como uma mistura de hidrocarbonetos solúvel no bissulfeto de carbono; 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; É uma designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos, que se obtém da queima ou destilação destrutiva do carvão e da madeira. Ambos são materiais betuminosos P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Definições S L I D E 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Costume europeu Costume americano / brasileiro Betume Asfalto Asfalto Mistura asfáltica Ligante Ligante + agregados A confusão no uso dos termos vem de costumes antigos no seu uso: 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, sendo que a grande facilidade de divulgação dos conhecimentos entre os países hoje em dia faz com que se tenha acesso a informações tanto europeias quanto americanas. P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ligantes asfálticos Os produtos asfálticos aplicados em pavimentação são também conhecidos como ligantes asfálticos. O ligante mais conhecido é o CAP – Cimento Asfáltico de Pétroleo, definido como: S L I D E 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 CAP é um ligante betuminoso obtido especialmente para apresentar as qualidades e consistências próprias para o uso direto na construção de pavimentos. (No ensaio de penetração, a 25° C, obtém-se valores entre 5 e 300 sob uma carga de 100 g, aplicada durante 5 segundos). Este produto é semi-sólido a temperaturas baixas, viscoelástico à temperatura ambiente e líquido a altas temperaturas, e que se enquadra em limites de consistência para determinadas temperaturas estabelecidas. P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ligantes asfálticos S L I D E 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Outros ligantes asfálticos também são encontrados no mercado, resultantes da mistura de CAP com outros solventes: Asfaltos diluídos (ADP ou recortados - líquidos); Emulsões asfálticas (EAP – líquidos); Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial (sólidos); Asfaltos modificados por polímeros (AMP ou por borracha de pneus - AMB); Agentes rejuvenescedores. P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Características de importância As principais características gerais de um CAP comumente utilizado em obras de pavimentação são: Ligante betuminoso termoviscoelástico: comportamento mecânico do revestimento asfáltico sendo suscetível à velocidade, ao tempo e à intensidade de carregamento, e à temperatura de serviço; Apresentam coloração de marrom a preta; Impermeável à água; Pouco reativo; Suscetível ao processo de envelhecimento por oxidação pelo contato com o ar e a água; Em baixas temperaturas ,apresenta-se no estado semi-sólido; Viscoelástico em temperaturas ambientes; Líquido em altas temperaturas; Solúvel em benzeno, tricloroetileno e bissulfeto de carbono. S L I D E 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Produção de asfalto O asfalto para pavimentação é obtido através do processamento do petróleo bruto em refinarias. A escolha do petróleo que pode resultar em um asfalto dentro das especificações para uso em pavimentação é feita através de avaliação de resíduos de vácuo de petróleos O refino é o conjunto de processos de separação e/ou transformação dos constituintes do petróleo, obtendo-se produtos como gasolina, nafta, querosene, diesel e complementando-se com o asfalto. Existem diferentes processos de refino de petróleo que produzem os ligantes asfálticos. O mais antigo é o da destilação direta, que pode ser realizada em um ou dois estágios. Quando o petróleo é de base asfáltica, designado por petróleo pesado (isto é, tem muito asfalto, proporcionalmente a outras frações ou petróleos) é necessário apenas um estágio de destilação a vácuo e este processo produz um CAP de consistência adequada para a pavimentação. Se o petróleo não é de base asfáltica (petróleos leves) são necessários dois estágios de destilação: atmosférica e a vácuo S L I D E 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 95 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Destilação em um único estágio Destilação em dois estágios P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 05 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Refinaria de petróleo P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 15 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Rendimento de CAP em diferentes tipos de petróleo P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Produção de asfalto Quando acondicionados de maneira apropriada, os asfaltos podem ser mantidos a elevadas temperaturas por um tempo considerável sem que sejam afetados adversamente. Entretanto, o aquecimento acima de 150 °C pode causar envelhecimento elevado do ligante desde que haja presença de ar e uma espessura muito fina de asfalto. Para evitar esse envelhecimento precoce durante a estocagem, os tanques de armazenamento devem ser munidos de sensores de temperatura, posicionados na região dos aquecedores. A oxidação e a perda de frações de voláteis podem ocorrer pela superfície exposta sendo proporcional a essa área e à temperatura. Portanto, os tanques verticais mais altos são preferíveis aos mais baixos, ou seja, a relação altura/raio do tanque circular deve ser a maior possível. Quando o tempo de estocagem é elevado, deve-se promover a recirculação do material considerando os fatores acima identificados, ou seja, a entrada no tanque não pode ser fonte de ar para o sistema. Nas usinas de misturas asfálticas, os tanques de estocagem de CAP devem ter controle automático do nível de estocagem e, antes de se colocar ligante adicional no tanque, é necessário conferir os limites permitidos de altura de estocagem, bem como se certificar de que o tipo adicionado seja do mesmo preexistente. S L I D E 1 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs As propriedades físicas do asfaltoestão associadas à sua temperatura. Em temperaturas muito baixas, as moléculas não têm condições de se mover umas em relação às outras e a viscosidade se eleva, ou seja, o ligante se comporta como um sólido. À medida que a temperatura aumenta, algumas moléculas começam a se mover podendo haver fluxo entre elas e o aumento desse movimento leva à diminuição da viscosidade e, a altas temperaturas, o ligante se comporta como um líquido. Portanto, todos os ensaios realizados para medir as propriedades físicas dos ligantes asfálticos tem temperatura especificada e alguns também definem o tempo e a velocidade de aplicação de carga, visto que o asfalto é um material termoviscoelástico. S L I D E 1 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs Então, para especificar um determinado asfalto como adequado às obras de pavimentação faz-se uso de medidas simples de características físicas do ligante. Esses ensaios podem ser categorizados em ensaios de consistência, de durabilidade, de pureza e de segurança. As duas principais características avaliadas para a classificação de um asfalto são a “dureza”, medida através do ensaio de penetração e a resistência ao fluxo, medida através dos ensaios de viscosidade. S L I D E 1 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 1. Ensaio de penetração (ABNT NBR 6576/1998 e DNER ME 003/99) Esse ensaio consiste, basicamente, na penetração de uma agulha, cujo conjunto possui massa padronizada de 100 g, em uma amostra de asfalto a uma temperatura de 25 °C, por um intervalo de tempo também fixado (5 s). O valor da penetração é a média de três determinações. O resultado do ensaio não consegue isoladamente caracterizar perfeitamente um CAP, porém dá uma ideia da sua “dureza”. S L I D E 1 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Vídeo ilustrativo do ensaio de penetração em ligante betuminoso P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs Em função do resultado do ensaio de penetração, os CAP são englobados nas seguintes categorias: S L I D E 1 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 CAP 30 - 45 CAP 50 - 70 CAP 85 - 100 CAP 150 - 200 Os números índices indicam a faixa de penetração para cada tipo de cimento asfáltico * 0,1 mm P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 2. Ensaio de viscosidade Saybolt-Furol (ABNT NBR 14756/2001) A viscosidade Saybolt-Furol é uma medida empírica da viscosidade e que não está presente em nenhuma especificação americana ou europeia. Nesse ensaio, é medido o tempo em segundos que 60 ml de asfalto levam para fluir através de um orifício padronizado. O ensaio é utilizado para CAP, emulsões asfálticas e recortados. O valor do resultado do ensaio de viscosidade Saybolt-Furol é utilizado na especificação do ligante asfáltico e também na determinação da consistência adequada que o ligante deve apresentar quando da mistura com agregados em usina para proporcionar uma perfeita cobertura destes e quando de sua aplicação em campo: escolha das temperaturas de mistura e de compactação. S L I D E 1 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 1 95 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Equipamento para realização do ensaio de viscosidade Saybolt-Furol P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 05 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Vídeo ilustrativo do ensaio de viscosidade Saybolt-Furol P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 15 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Para a correta indicação do ligante, é necessário se obter uma curva de viscosidade, com várias temperaturas, que permita escolher a faixa adequada para a utilização. Desta forma, o ensaio de viscosidade de Saybolt-Furol deve ser realizado várias vezes, em diferentes temperaturas. Observação: o resultado do ensaio tem como unidade segundos Saybolt-Furol (SSF) Sinal de retrabalho! P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 3. Ensaio de viscosidade Brookfield (viscosidade rotacional): Atualmente, o viscosímetro mais empregado nos Estados Unidos e na Europa para medida da viscosidade de asfaltos é o chamado Brookfield, que permite obter a curva viscosidade temperatura em ampla faixa de determinação com a mesma amostra. Alguns laboratórios brasileiros já possuem equipamento desse tipo que determina a chamada viscosidade rotacional. O viscosímetro Brookfield permite medir as propriedades de consistência relacionadas ao bombeamento e à estocagem. Permite ainda obter gráfico de temperatura-viscosidade para projeto de mistura asfáltica, por meio de medida do comportamento do fluido a diferentes taxas de cisalhamento e a diferentes tensões de cisalhamento, obtidas por rotação de cilindros coaxiais que ficam mergulhados na amostra em teste. É uma medida da viscosidade dinâmica expressa em centipoise (cP). S L I D E 2 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 4. Ensaio do ponto de fulgor (ABNT NBR 11341/2004): 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 230 °C. S L I D E 2 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 5. Ensaio do ponto de amolecimento (ABNT NBR 11341/2004): 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. Trata-se de uma referência semelhante ao chamado ponto de fusão bastante usado na Europa. Esse ensaio é classificatório em especificações brasileira e europeia, e é empregado para estimativa de suscetibilidade térmica, além de também estar presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados. S L I D E 2 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 5. Ensaio do ponto de amolecimento (ABNT NBR 11341/2004): Procedimento: 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 5 °C/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. O teste é conduzido com duas amostras do mesmo material. Se a diferença de temperatura entre as duas amostras exceder 2 °C, o ensaio deve ser refeito. S L I D E 2 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 2 95 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Vídeo ilustrativodo ensaio de ponto de amolecimento P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 6. Índice de suscetibilidade térmica: O ligante asfáltico deve apresentar variações pequenas de propriedades mecânicas nas temperaturas de serviço do revestimento. O índice de suscetibilidade térmica indica a sensibilidade dos ligantes à variação de temperatura. Pfiffer (1936) propôs um procedimento para determinar o índice de suscetibilidade térmica a partir do ponto de amolecimento (PA) do CAP e de sua penetração a 25 °C, incluindo-se a hipótese que a penetração do CAP no seu ponto de amolecimento é de 800 (0,1 mm). Determina-se a penetração a 25 °C, o PA e traça-se o gráfico com os valores de temperatura em abscissas e em ordenadas os valores de penetração em escala logarítmica (ver próximo slide). Através deste gráfico, determina-se o coeficiente angular da reta. S L I D E 3 05 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs S L I D E 3 15 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs Para o cálculo do índice de suscetibilidade térmica ou índice de penetração (IP), emprega-se a relação empírica: Quanto menor o IP de um CAP, em valor absoluto, menor será a sua suscetibilidade térmica. A faixa admissível para o IP é estabelecida entre (-1,5) e (+0,7). Valores maiores que (+1) indicam asfaltos oxidados (pouco sensíveis a elevadas temperaturas e quebradiços em temperaturas mais baixas) Já valores menores que (-2) indicam asfaltos muito sensíveis à temperatura. A maioria dos cimentos asfálticos tem um IP entre (-1,5) e (0). S L I D E 3 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 7. Ensaio de ductilidade (ABNT NBR 6293/2001): A coesão dos asfaltos é avaliada indiretamente pela medida empírica da ductilidade 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. A ductilidade 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 25ºC, submetida pelos dois extremos à velocidade de deformação de 5cm/minuto. S L I D E 3 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 3 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 8. Ensaio de solubilidade (teor de betume) (ABNT NBR 14855/2002): O ensaio de solubilidade no bissulfeto de carbono é utilizado para medir a quantidade de betume presente na amostra de asfalto. O cimento asfáltico refinado consiste basicamente de betume puro, que, por definição, é inteiramente solúvel em bissulfeto de carbono ( ଶ ). Uma amostra do asfalto é dissolvida por um solvente, sendo então filtrada através de um cadinho perfurado que é montado no topo de um frasco ligado ao vácuo. A quantidade de material retido no filtro representa as impurezas no cimento asfáltico. 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). A porção insolúvel é constituída de impurezas. S L I D E 3 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 3 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Equipamentos para ensaio de solubilidade de ligantes betuminosos P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 9. Ensaio de durabilidade (ABNT NBR 14736/2001): Os asfaltos estão sujeitos ao envelhecimento de curto prazo e em longo prazo. O envelhecimento de curto prazo ocorre em usina e o de longo prazo ocorre durante a vida útil do pavimento que estará submetido a diversos fatores ambientais. Tendo em vista que a maior parcela do envelhecimento ocorre na produção da massa asfáltica, os ensaios de envelhecimento acelerado são usados para simular o envelhecimento do ligante na usinagem. Desse modo, tem-se o Ensaio de Estufa de Filme Fino ou Thin Film Oven Test (TFOT) e o ensaio de estufa de filme fino rotativo ou Rolling Thin Film Oven Test (RTFOT). S L I D E 3 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 9. Ensaio de durabilidade (ABNT NBR 14736/2001): O TFOT (ABNT NBR 14736/2001) consiste em submeter amostras do ligante, colocadas em um recipiente padrão de forma a se obter uma película fina, a 163 °C durante 5 h em estufa especial e a jatos de ar. No ensaio RTFOT (ABNT NBR 15235/2005), uma película fina de asfalto de 35 g é continuamente girada dentro de um recipiente de vidro a 163 °C durante 85 minutos com injeção de ar a cada 3 a 4 segundos. Em ambos os ensaios, o efeito do envelhecimento é avaliado como uma relação entre as características físicas de fácil medição (penetração, ductilidade, viscosidade) antes e após o processo de envelhecimento ou em diversas idades. S L I D E 3 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 3 95 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 4 05 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Vídeo ilustrativo RTOF P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs 10. Ensaio de espuma (presença de água): O CAP não deve conter água pois, ao ser aquecido, pode formar espuma causando explosões visto que há dificuldade do material de liberar as bolhas de água aquecidas, que, ao forçarem a liberação, podem lançar gotículas de asfalto a longas distâncias. Além disso, a presença de água no asfalto pode causar acidentes nos tanques e no transporte. Não há um ensaio determinado, mas avaliação qualitativa. A especificação brasileira de CAP tem uma observação de que o ligante não pode espumar quando aquecido até 175 °C. Em algumas rotas de fabricação de CAP no passado era até usado um produto antiespumante para satisfazer essa condição, dependendo do processo de refino e do petróleo. S L I D E 4 15 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Ensaios correntes em CAPs S L I D E 4 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 1. Ensaio de penetração 2. Ensaio de viscosidade Saybolt-Furol 3. Ensaio de viscosidade Brookfield 4. Ensaio do ponto de fulgor 5. Ensaio do ponto de amolecimento 6. Índice de suscetibilidade térmica 7. Ensaio de ductilidade 8. Ensaio de solubilidade 9. Ensaio de durabilidade 10. Ensaio de espuma Resumindo... P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S A partir da classificação dos CAPs, em função da sua penetração, os ligantes devem apresentar as seguintes características ao serem indicados para as misturas asfálticas: S L I D E 4 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação dos CAPs P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 4 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 A partir da classificação dos CAPs, em função da sua penetração, os ligantes devem apresentar as seguintes características ao serem indicados para as misturas asfálticas: Especificação dos CAPs P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Diluídos (ADP) Também conhecidos como Asfaltos Recortados ou “Cut-Backs”. Resultam da diluição do cimentoasfáltico 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. No Brasil, são fabricados dois tipos de asfalto diluído, chamados de cura média e de cura rápida. O termo cura refere-se à perda dos voláteis e depende da natureza do diluente utilizado. A denominação dos tipos é dada segundo a velocidade de evaporação do solvente: cura rápida (CR), cujo solvente é a gasolina ou a nafta: CR 70 / CR 250 cura média (CM), cujo solvente é o querosene: CM 30 / CM 70 O índice que está presente na nomenclatura, junto ao tipo de asfalto diluído é indicativo da viscosidade cinemática, a 60 °C. Quanto maior o índice, maior é sua viscosidade, que está relacionada à quantidade de diluente presente no asfalto. S L I D E 4 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Diluídos (ADP) S L I D E 4 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Proporção de asfalto residual e de diluente em cada tipo de asfalto diluído P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 4 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação de asfaltos diluídos Tabela de referência para ADPs de cura rápida (CR) P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 4 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação de asfaltos diluídos Tabela de referência para ADPs de cura média (CM) P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Diluídos (ADP) O principal uso do asfalto diluído na pavimentação é no serviço de imprimação de base de pavimentos (DNER ES 306/97). Também é possível a utilização desse produto em serviços de tratamento superficial, porém há uma tendência cada vez mais acentuada de redução de seu emprego em serviços por penetração devido a problemas de segurança e meio ambiente (emissão de hidrocarbonetos orgânicos voláteis – VOCs) S L I D E 4 95 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Imprimação - Também chamada de Imprimadura ou Prime-Coat. Consiste na aplicação de uma camada de material asfáltico sobre a superfície de uma base concluída, antes da execução de um revestimento asfáltico qualquer. Objetivos da imprimação: a) Promover condições de ligação e aderência entre a base e o revestimento. b) Impermeabilização da base. c) Aumentar a coesão da superfície da base pela penetração do material asfáltico (de 0,5 a 1,0cm). P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Diluídos (ADP) S L I D E 5 05 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Emulsões Asfálticas (EAP) Uma emulsão é definida como uma dispersão estável de dois ou mais líquidos imiscíveis. No caso da emulsão asfáltica (EAP) os dois líquidos são o asfalto e a água. A emulsão asfáltica representa uma classe particular de emulsão óleo-água na qual a fase “óleo” tem uma viscosidade elevada e os dois materiais não formam uma emulsão por simples mistura dos dois componentes, sendo necessária a utilização de um produto auxiliar para manter a emulsão estável. O produto especial chamado de agente emulsionante ou emulsificante é uma substância que reduz a tensão superficial, o que permite que os glóbulos de asfalto permaneçam em suspensão na água por algum tempo, evitando a aproximação entre as partículas e sua posterior coalescência (junção de partes que se encontravam separadas). A proporção típica entre óleo e água é de 60% para 40%. O tempo de permanência da separação entre os glóbulos de asfalto pode ser de semanas até meses, dependendo da formulação da emulsão. S L I D E 5 15 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Emulsões Asfálticas (EAP) Obtenção das EAPs: 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). S L I D E 5 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 5 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 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. O tamanho das partículas de asfalto dispersas na emulsão varia de 1 a 10 micrometros. P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Emulsões Asfálticas (EAP) Classificação das emulsões asfálticas: S L I D E 5 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Em função da carga das partículas Em função do tempo de ruptura Catiônica Ruptura rápida (RR) Ruptura média (RM) Ruptura lenta (RL) Aniônica Bi-iônica Não-iônica As emulsões catiônicas são as de maior uso atualmente pelo seu melhor desempenho nos serviços de pavimentação. P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Emulsões Asfálticas (EAP) Ruptura da emulsão: Quando a emulsão entra em contato com o agregado pétreo, inicia-se o processo de ruptura da emulsão, que é a separação do CAP e da água, o que permite o recobrimento do agregado por uma película de asfalto. A água é liberada e evapora. A ruptura da emulsão consiste na anulação da camada de envolvimento dos glóbulos de asfalto dispersos na água, com a consequente união desses glóbulos (coagulação ou floculação). A velocidade de ruptura é função da composição química do agente emulsificante e da sua dosagem na emulsão. S L I D E 5 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 A ruptura de uma emulsão asfáltica é bem notada pela mudança de cor. Inicialmente, a emulsão tem coloração marrom e após a ruptura, a coloração passa a ser preta P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Especificação brasileira: A tabela no slide seguinte mostra as especificações das emulsões asfálticas para pavimentação. As designações das classes das emulsões brasileiras são feitas em função: (i) do tempo necessário para que ocorra a ruptura, dividida em lenta, média ou rápida; (ii) do teor de asfalto contido na mesma; (iii) da carga iônica. Por exemplo, uma emulsão designada de RR-1C representa uma emulsão de ruptura rápida RR, catiônica C, e o número 1 indica a faixa de viscosidade. S L I D E 5 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Emulsões Asfálticas (EAP) P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 5 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação de emulsões asfálticas P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 5 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação de emulsões asfálticas P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Emulsões Asfálticas (EAP) Emulsões para aplicação em lamas asfálticas: A tabela do slide seguinte mostra a especificação brasileira vigente de emulsões para aplicações em lama asfáltica. Lama asfáltica é uma mistura de emulsão e agregado miúdo feita em equipamento especial e usada para recuperação funcional de pavimentos. Dentre as finalidades de sua aplicação, destacam-se as seguintes: impermeabilizar revestimentos antigos, com desgaste superficial; proteção de revestimentos recentes de graduação aberta; selar fissuras e melhorar estética de pavimentos antigos (rejuvenescimento superficial); eliminar problema de derrapagem, elevando o coeficiente de atrito (pneu/ pavimento); construir revestimentos em vias de tráfego leve. S L I D E 5 95 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A VI M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 6 05 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação de emulsões aplicadas em lamas asfálticas P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Emulsões Asfálticas (EAP) Aplicações gerais das emulsões: Execução de pavimentos com misturas pré- misturadas a frio (PMF) Execução de pintura de ligação: é a pintura asfáltica executada com a função básica de promover a aderência da superfície de imprimação com a camada asfáltica a ser sobreposta. Vantagens do uso das emulsões: Permitem a utilização de equipamentos de estocagem e de produção de menor custo, pois dispensam o aquecimento do ligante asfáltico e secagem dos agregados: Evitam gastos de combustível para aquecimento; Eliminam os riscos de incêndios e explosões; Tornam mais fáceis o manuseio e a distribuição de ligante; Evitam o superaquecimento do ligante; Não poluem o meio ambiente; Reduzem o tempo de construção das obras rodoviárias(em condições climáticas adversas); Permitem o emprego de equipamentos para estocagem e de produção de menor custo; Permitem o uso de agregados lavados e em estado de umidade. S L I D E 6 15 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Modificados por Polímeros (AMP) São obtidos a partir da dispersão do CAP com polímero, em unidade apropriada. Para a maioria das aplicações rodoviárias, os asfaltos convencionais têm bom comportamento, satisfazendo plenamente os requisitos necessários para o desempenho adequado das misturas asfálticas sob o tráfego e sob as condições climáticas. No entanto, para condições de volume de veículos comerciais e peso por eixo crescente, ano a ano, em rodovias especiais ou nos aeroportos, em corredores de tráfego pesado canalizado e para condições adversas de clima, com grandes diferenças térmicas entre inverno e verão, tem sido cada vez mais necessário o uso de modificadores das propriedades dos asfaltos. Entre esses, polímeros de vários tipos que melhoram o desempenho do ligante. S L I D E 6 25 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Modificados por Polímeros (AMP) 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; Epóxi; Poliuretanas; S L I D E 6 35 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Modificados por Polímeros (AMP) 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; 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. S L I D E 6 45 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 6 55 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação mínima para asfaltos modificados por polímeros P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Asfaltos Oxidados (ou Soprados) 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. Este tipo de asfalto é menos dúctil e apresenta maior resistência às variações de temperatura. Os requisitos dos asfaltos soprados para impermeabilização são especificados pela norma ABNT NBR 9910/2002. S L I D E 6 65 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S Agentes rejuvenescedores (AR) Com o passar do tempo, o ligante asfáltico vai perdendo alguns de seus componentes e sofre certo enrijecimento. Uma das técnicas atuais de recuperação da 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 do ligante envelhecido, chamado agente rejuvenescedor. Os agentes rejuvenescedores são utilizados em processos de reciclagem a quente, seja em usina ou in situ. Para a execução de reciclagens a frio, são utilizados os agentes rejuvenescedores emulsionados. As emulsões rejuvenescedoras emulsionadas ainda não estão especificadas no país, embora já sejam de uso corrente em muitas obras de reciclagem. S L I D E 6 75 D E A B R I L D E 2 0 1 8 P A V I M E N T A Ç Ã O P R O F . A L A N R E I S S L I D E 6 85 D E A B R I L D E 2 0 1 8 Especificação de agentes rejunescedores Obrigado pela atenção! AULA 5 – MATERIAIS UTIL IZADOS EM PAVIMENTAÇÃO MATERIAIS BETUMINOSOS PROF.: ALAN REIS M O NT E C A RM ELO, M A RÇ O D E 2 0 1 8
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