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relatorio materiais betuminosos

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE - UFCG
CENTRO DE TECNOLOGIA E RECURSOS NATURAIS – CTRN
UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA CIVIL – UAEC
DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO EXPERIMENTAL
MATERIAIS BETUMINOSOS
Professora: Lêda Christiane de Figueirêdo Lopes Lucena
Aluna: Bruna Silveira Lira
Campina Grande, Dezembro de 2013
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1: Termômetro ajustado acima do vaso de Cleveland.	7
Figura 2: Bico de Busen.	8
Figura 3: Chama piloto.	8
Figura 4: Banho de agua na temperatura de 25o C.	9
Figura 5: Limpeza do suporte e da agulha.	10
Figura 6: Amostra mergulhada no recipiente com a mesma agua do banho, sobre o prato do penetrômetro.	11
Figura 7: Amostras preparadas e moldes nivelados.	12
Figura 8: Anéis posicionados no suporte para anéis e bolas.	12
Figura 9: Suporte mergulhado em agua contida no becker	13
Figura 10: Instante em que o material tocou a superfície da placa inferior.	13
Figura 11: A amostra quente colocada ao tubo.	15
Figura 12: Amostra no traço de referência do frasco receptor.	15
MATERIAIS BETUMINOSOS
INTRODUÇÃO
1.1 Justificativa
Os materiais betuminosos estão presentes em cerca de 95% das estradas pavimentadas, são materiais que tem papel fundamental na construção civil. Com isso torna-se necessário um estudo dos mesmos para que se possa usa-lo de forma adequada nas construções. 
A caracterização dos materiais fornece informações necessárias para determinação do desempenho do material em campo. Essa caracterização é feita através de ensaios em laboratórios.
Para os materiais betuminosos os ensaios de caracterização além de prever o desempenho do material em campo fornecem dados importantes no que se refere à segurança, aos riscos de transporte, armazenagem e manuseamento do produto.
Assim temos que os ensaios de ponto de fulgor, penetração, ponto de amolecimento e viscosidade são de extrema importância no estudo dos materiais betuminosos. 
Objetivos
Determinação da penetração
Determinação do ponto de amolecimento - Método do anel e bola
Determinação da viscosidade Saybolt Furol 
Determinação dos pontos de fulgor em vaso aberto Cleveland
Determinação do índice de susceptibilidade 
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
Os materiais betuminosos podem ser definidos como associações de hidrocarbonetos solúveis em bissulfeto de carbono. Eles são subdivididos em três categorias: 
Asfaltos: são obtidos através de destilação do petróleo. Podem ser naturais ou provenientes da refinação do petróleo. 
Alcatrões: são obtidos através da refinação de alcatrões brutos, que por sua vez vêm da destilação de carvão mineral. 
Betume: Mistura de hidrocarbonetos solúveis no bissulfeto de carbono. 
De acordo com Greco [20--] o alcatrão praticamente não é mais utilizado em pavimentação desde que se determinou o seu poder cancerígeno. Além de apresentar pouca homogeneidade e baixa qualidade para ser utilizado como ligante em pavimentação. Tornando o asfalto e o betume predominantes na pavimentação.
Materiais betuminosos utilizados em pavimentação são:
Cimentos asfálticos de petróleo (CAP) 
Asfaltos diluídos (ADP) 
Emulsões asfálticas (EAP) 
Asfaltos modificados por polímero (AMP) e 
Asfaltos modificados por borracha (AMB) 
 Onde temos que o CAP é à base de todos os outros produtos. 
Os CAPs são constituídos por 90 a 95% de hidrocarbonetos e por 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais – vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio) unidos por ligações covalentes. Os cimentos asfálticos de petróleos brasileiros têm baixo teor de enxofre e de metais, e alto teor de nitrogênio, enquanto os procedentes de petróleos árabes e venezuelanos têm alto teor de enxofre (Leite, 1999).
Os principais ensaios para controle de cimento asfáltico de petróleo
Ponto de Fulgor: Consiste na determinação da temperatura para a qual uma amostra de produto asfáltico começa a liberar gases inflamáveis. É utilizado para identificar contaminação por solventes e para prevenir acidentes.
Viscosidade Saybolt-Furol: Consiste na medida do tempo (em segundos) que uma determinada quantidade de material asfáltico (60 ml) leva para fluir através de um orifício padronizado.
Penetração: Consiste na medida (em décimos de mm) do quanto uma agulha padrão penetra verticalmente em uma amostra de material betuminoso sob condições específicas de temperatura (25ºC), carga (100g) e tempo (5 segundos). A condição de ensaio influencia na “consistência” do cimento asfáltico.
Ponto de amolecimento (ensaio de anel e bola): Este ensaio estabelece uma temperatura de referência, similar à temperatura de fusão dos materiais.
MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 Ponto de fulgor
3.1.1 Materiais
Os materiais usados para a determinação do ponto de fulgor foram:
Vaso aberto de Cleveland
Bico de Busen
Chama piloto
Termometro 
Tripé com fogareiro
Fonte de calor
Asfalto diluído (cut-back)
3.1.2 Métodos
O ensaio é baseado na NBR 11341:2000 (Método de Cleveland).
 
A amostra usada no ensaio de ponto de fulgor foi cut-back (asfalto diluído com querosene) de cura média.
No ensaio, o vaso de Cleveland foi preenchido de forma que a superfície livre da amostra ficou na marca do nível do vaso e ausente de bolhas de ar. 
O termômetro foi ajustado pouco acima do fundo do vaso de Cleveland para determinação da temperatura (Figura 1). 
Figura 1: Termômetro ajustado acima do vaso de Cleveland.
O bico de Busen foi aceso para aquecer a amostra, Figura 2, quando esta começou a apresentar vapores, a chama piloto foi acesa, Figura 3. O centro da chama era movido de forma horizontal acima da borda superior da cuba, cada movimento durava aproximadamente 1s. 
Figura 2: Bico de Busen.
Figura 3: Chama piloto.
Após o primeiro lampejo provocado pelos vapores, foi feita a leitura da temperatura e assim, determinado o ponto de fulgor da amostra. 
3.2 Penetração
3.2.1 Materiais
Os materiais usados no ensaio de penetração foram:
Recipiente para o material
Penetrômetro
Agulha
Termômetro 
Cronômetro 
3.2.2 Métodos
A amostra utilizada para o ensaio de penetração foi o CAP. 
A amostra preparada foi mergulhada em um banho de agua na temperatura de 25o C, Figura 4. Após o banho de água, a amostra é transportada para o penetrômetro, onde é colocada num recipiente contendo a mesma agua do banho. 
Figura 4: Banho de agua na temperatura de 25o C.
O suporte da agulha foi limpo, de modo a evitar agua e sujeira, assim como a agulha, Figura 5. Estes foram inseridos no penetrômetro, o conjunto (suporte e agulha) tinha peso especificado para o ensaio, que foi de 100 gramas.
Figura 5: Limpeza do suporte e da agulha.
Com a amostra mergulhada no recipiente com a mesma agua do banho, sobre o prato do penetrômetro, a agulha foi ajustada ate sua ponta encostar à superfície da amostra, Figura 6. O penetrômetro foi zerado e a agulha liberada, após 5 segundos foi feita a leitura do resultado obtido. 
Figura 6: Amostra mergulhada no recipiente com a mesma agua do banho, sobre o prato do penetrômetro.
O procedimento deve ser repetido pelo menos três vezes, porem devido a defeitos no equipamento utilizado só foi possível à realização de uma leitura. 
3.3 Ponto de amolecimento
3.3.1 Materiais
Os materiais usados para realização do ensaio de ponto de amolecimento foram:
Anéis de latão 
Bola de aço de 93,5 g 
Becker
Bico de Busen 
Termômetro 
Espátula 
Placa de vidro 
Suporte para anéis e bolas, de modo que a amostra fique a 2,54cm do fundo do recipiente. 
3.3.2 Métodos
Com a amostra previamente preparada e os moldes bem nivelados, Figura 7, os anéis foram posicionados no suporte para anéis e bolas, Figura 8. O suporte foi mergulhado em agua contida num recipiente de vidro (becker) e este foi colocado sobre um pequeno fogão, Figura 9.
Figura 7: Amostras preparadas e moldes nivelados.
Figura 8: Anéis posicionados no suporte para anéis e bolas.Figura 9: Suporte mergulhado em agua contida no becker
No instante em que o material que envolvia as bolas tocou na superfície da placa inferior, foi registrada a temperatura indicada pelo termômetro, Figura 10. 
Figura 10: Instante em que o material tocou a superfície da placa inferior.
3.4 Viscosidade
3.4.1 Materiais
Os materiais usados no ensaio de viscosidade foram:
Viscosímetro Saybolt Furol
Frasco receptor
Banho
Termômetro
Anel de deslocamento 
Tampa
Cronômetro
Emulsão asfáltica RR2
3.4.2 Métodos
O método usado na determinação da viscosidade do material analisado foi o SAYBOLT FUROL, baseado na NBR 5847:2001. 
Antes da colocação da amostra no equipamento foi necessário limpar e secar o tubo de viscosidade e o orifício, em seguida uma rolha foi colocada para vedar a saída do tubo e evitar o fluxo de amostra antes do início do ensaio. 
A amostra quente foi colocada ao tubo, até transbordar na galeria, Figura 11, depois foi colocada a tampa sobre o tubo e o termômetro através do orifício central. No programa foi ajustada a temperatura de banho, ate o equilíbrio da amostra. O termômetro foi retirado e o frasco posicionado no aparelho. Deixou-se o filete de amostra fluir diretamente para o fundo do frasco, nesse momento foi acionado o cronometro.
Figura 11: A amostra quente colocada ao tubo.
O cronômetro foi encerrado quando a amostra atingiu o traço de referência do frasco receptor, Figura 12.
Figura 12: Amostra no traço de referência do frasco receptor.
RESULTADOS EXPERIMENTAIS
4.1 Ponto de fulgor
A temperatura medida no ensaio de ponto de fulgor foi de aproximadamente 59°C.
Desta forma a máxima temperatura de aplicação desse material em campo será de 39°C, pois a Norma NBR 13341:2000 estipula que o material seja aplicado a 20°C abaixo do ponto de Fulgor obtido em laboratório. 
4.2 Penetração
A amostra apresentou uma penetração de 3,9mm, dessa forma, de acordo com as especificações da ANP-2005, o mesmo pode ser classificado como sendo CAP 30-45. Porem, devido à falha no equipamento, na qual só foi permitida a obtenção de uma leitura, o resultado não pode ser considerado como preciso. 
4.3 Ponto de amolecimento
O ponto de amolecimento será a temperatura media em que as duas esferas envolvidas pelo material tocam a placa de fundo. A media aritmética das temperaturas obtidas foi de 48,75oC. Portanto o ponto de amolecimento do material será de 48,75.
4.4 Viscosidade
A viscosidade “Saybolt-Furol” da amostra é o tempo em segundos obtido na temperatura, que foi identificada pelo termômetro. O tempo para o preenchimento do frasco de 60 ml a uma temperatura de 50 oC foi de 28,2 segundos.
O material usado para este ensaio foi a emulsão asfáltica catiônica RR2. De acordo com a norma DNC 22/97 para uma temperatura de 50 oC o tempo de preenchimento deve se dar em torno de 100-400 segundos. Como o resultado obtido foi em torno de 28 segundos, é possível que a amostra utilizada para realização do ensaio estivesse contaminada ou entrado em estado de oxidação. 
4.5 Índice de susceptibilidade térmica
O índice de susceptibilidade é a relação entre o ponto de amolecimento e a penetração. Ela ira indicar a sensibilidade da consistência do ligante asfáltico à variação de temperatura. 
Como o IP = (-2,02)<(-1,5), temos que o asfalto usado nos ensaios de penetração e ponto de amolecimento é muito suscetível à ação da temperatura. 
CONCLUSÕES
Com base no que foi visto, pode-se concluir que a máxima temperatura de aplicação em campo do asfalto diluído será de 39°C, temperaturas maiores que essa terão como consequência a combustão do material podendo colocar em risco a segurança na obra.
O CAP utilizado para a realização do ensaio de penetração obteve um resultado de 3,9mm, podendo ser classificado como CAP 30-45, de acordo com as especificações da ANP-2005. O mesmo material foi usado para a determinação do ponto de amolecimento, tendo como resultado 48,75. 
O resultado obtido para o ensaio de viscosidade foi em torno de 28 segundos, porem o material usado (emulsão asfáltica catiônica RR2), para uma temperatura de 50 oC, deve ter o tempo de preenchimento em torno de 100-400 segundos, de acordo com a norma DNC 22/97. Portanto é possível concluir que a amostra utilizada para realização do ensaio estava contaminada ou entrado em processo de oxidação. 
O índice de susceptibilidade obtido para o CAP analisado foi de -2,02, conclui-se que o asfalto usado é muito suscetível à ação da temperatura.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
GRECO, Jisela Aparecida Santanna. Construção de Estradas e Vias Urbanas. Notas de aula. 13p. 
BERNUCCI, Liedi Légi Bariani; CERATTI, Jorge Augusto Pereira; MOTTA, Laura Maria Goretti da; SOARES, Jorge Barbosa. Asfaltos: Caracterização Brasileira. Notas de aula. 42p.
MEDEIROS, Talita Rodrigues. Materiais de construção experimental. Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande, 2009. 
LUCENA, Lêda Christiane. Materiais Betuminosos. Notas de aula. 28p. 
LUCENA, Lêda Christiane. Materiais Betuminosos. Notas de aula. 25p.