Materiais Betuminosos

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MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO CIVIL MATERIAIS BETUMINOSOS 
Prof. Rodrigo Marques Beneveli 
 
 
 
 
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Os materiais betuminosos têm grande aplicabilidade na engenharia, com uso em pavimentação rodoviária, 
pintura industrial para proteção, isolamento elétrico e impermeabilização. Alguns dos exemplos destes 
materiais são o asfalto, os alcatrões, os óleos graxos, entre outros, todos compostos basicamente de 
betume. 
 
 
Definição: 
 
Entende-se por betume um aglomerante orgânico, de consistência sólida, líquida ou gasosa, obtido por 
processo industrial (resíduo da destilação do petróleo) ou na própria natureza, completamente solúvel em 
bissulfeto de carbono (CS2), e apresentando polímeros de variada composição química: 
 CH4 – gás metano – combustível para aquecimento; 
 C8H8 – líquido octana (gasolina) – combustível para motores; 
 C100 – sólido – asfaltos para pavimentação e impermeabilização. 
 
 
Polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (os monômeros). O 
número de unidades estruturais repetidas numa macromolécula é chamado grau de polimerização. A 
palavra polímero vem do grego poli (muitas) + mero (partes), e é exatamente isto, a repetição de muitas 
unidades (poli) de um tipo de composto químico (mero). E polimerização é o nome dado ao processo no 
qual as várias unidades de repetição (monômeros) reagem para gerar uma cadeia de polímero. Portanto, 
polímeros são materiais, cujo elemento essencial é constituído por ligações moleculares orgânicas, que 
resultam de síntese artificial ou transformação de produtos naturais. 
 
 
Assim, materiais betuminosos são associações de hidrocarbonetos solúveis em bissulfeto de carbono. São 
subdivididos em duas categorias: os asfaltos e os alcatrões: 
 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. 
 
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Acerca dos asfaltos, ou cimentos asfálticos, de acordo com a NBR 7208 entende-se asfalto como o 
material sólido ou semi sólido, de cor preta ou pardo escura, que ocorre na natureza ou é obtido pela 
destilação do petróleo, e cujo constituinte predominante é o betume. Assim, os asfaltos são misturas de 
betumes com solos de diferentes origens (argilas, siltes, areias, impurezas orgânicas, etc.). 
 
O alcatrão praticamente não é mais utilizado desde que se determinou o seu poder cancerígeno. Além 
disso, apresenta pouca homogeneidade e baixa qualidade para ser utilizado como ligante em 
pavimentação. 
 
Atualmente há a total predominância do ligante proveniente do petróleo na pavimentação, com o 
abandono do alcatrão. Dessa forma fica aceitável a utilização dos termos betume e asfalto como 
sinônimos. 
 
Produção brasileira: A Petrobras possui nove conjuntos produtores e distribuidores de asfalto de petróleo 
no Brasil: Amazonas (Manaus: REMAN), Ceará (Fortaleza: LUBNOR), Bahia (Mataripe: RLAM), Minas 
Gerais (Betim: REGAP), Rio de Janeiro (Duque de Caxias: REDUC), São Paulo (Paulínia: REPLAN e 
São José dos Campos: REVAP), Paraná (Araucária: REPAR) e Rio Grande do Sul (Canoas: REFAP), 
além de uma unidade de exploração de xisto, localizada no Paraná, que produz insumos para 
pavimentação. Possui ainda fábricas de emulsões asfálticas pertencentes a Petrobras Distribuidora e 
laboratórios de análise em todas as suas 11 refinarias. 
 
As características básicas mais importantes acerca dos betumes estão as seguir listadas: 
 Ao contrário dos aglomerantes minerais da construção civil (cimento Portland, gesso, cal), são 
adesivos que dispensam o uso da água; 
 São materiais termoplásticos, isto é, amolecem quando aquecidos, sendo então moldados e 
resfriados sem perda das propriedades, podendo passar novamente pelo mesmo processo. Além 
disso, não possuem ponto de fusão (temperatura de perda da estrutura cristalina) definido, 
amolecendo em temperaturas variadas; 
 Repelem a água, ou seja, são materiais hidrófugos; 
 São inócuos, isto é, não reagem quimicamente com cargas ou agregados minerais eventualmente 
adicionados para efeito de enchimento; 
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 Por serem inócuos e termoplásticos podem ser reciclados, o que lhes proporciona um grande 
número de reutilizações; 
 Apresentam ductilidade muito influenciada pela exposição ao calor e luz solar. 
 
Os materiais betuminosos mais utilizados na construção civil são: 
 Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP); 
 Asfaltos Diluídos (ADP); 
 Emulsões Asfálticas (EAP); 
 Asfaltos Modificados por Polímero (AMP); 
 Asfaltos Modificados por Borracha (AMB). 
 
O Cimento Asfáltico de Petróleo é a base de todos os outros produtos acima apresentados. 
 
 
Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAPs) 
 São o produto básico da destilação do petróleo; 
 São semi-sólidos a temperatura ambiente, necessitando de aquecimento para adquirir consistência 
adequada para utilização. 
 
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. 
 
A composição do CAP é bastante complexa, sendo que o número de átomos de carbono por molécula 
varia de 20 a 120. A composição varia com a fonte do petróleo, com as modificações induzidas nos 
processos de refino e durante o envelhecimento na usinagem e em serviço. Uma análise elementar pode 
apresentar as seguintes proporções de componentes: carbono de 82 a 88%; hidrogênio de 8 a 11%; 
enxofre de 0 a 6%; oxigênio de 0 a 1,5% e nitrogênio de 0 a 1%. 
 
A característica de termoviscoelasticidade desse material manifesta-se no comportamento mecânico, 
sendo suscetível à velocidade, ao tempo e intensidade de carregamento, e à temperatura de serviço. O 
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comportamento termoviscoelástico é mais comumente assumido do que o termoviscoplástico, com 
suficiente aproximação do real comportamento do material. 
 
O CAP é um material quase totalmente solúvel em benzeno, tricloroetileno ou em bissulfeto de carbono, 
propriedade utilizada como um dos requisitos de especificações. 
 
Classificação dos CAPs segundo sua Viscosidade Absoluta a 60ºC (em poises): 
 CAP 7: 700 a 1500 poises; 
 CAP20: 2000 a 3500 poises; 
 CAP40: 4000 a 8000 poises. 
 
 
Asfalto Diluído 
 
 Os asfaltos diluídos, também conhecidos como asfaltos recortados ou “cutbacks”, resultam da 
diluição do cimento asfáltico por destilados de petróleo; 
 Os diluentes proporcionam produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais 
baixas e devem evaporar totalmente, deixando como resíduo o CAP; 
 O fenômeno de evaporação do diluente denomina-se cura; 
 São classificados de acordo com a velocidade de cura em três categorias: cura rápida (CR), cura 
média (CM) e cura lenta (CL), sendo que os asfaltos diluídos de cura lenta não são produzidos no 
Brasil. 
 Quanto à viscosidade, são subdivididos de acordo com as seguintes faixas: 
Asfalto Diluído 
Viscosidade 
cinemática a 60ºC, cSt 
CR-30 30-60CR-70 70-140 
CR-250 250-500 
CR-3000 3000-6000 
CM-30 30-60 
CM-70 70-140 
CM-250 250-500 
CM-800 800-1600 
 
 
 
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Emulsões Asfálticas 
 
 São dispersões de uma fase asfáltica em uma fase aquosa ou vice-versa; 
 Produto estável empregado em serviços de pavimentação à temperatura ambiente; 
 Nunca devem ser aquecidas acima de 70ºC; 
 Emulsão asfáltica catiônica: cimento asfáltico de petróleo (CAP), água, agente emulsificante e 
energia de dispersão da fase asfáltica na fase aquosa. 
 
Ruptura de Emulsão 
 Fenômeno que ocorre quando os glóbulos de asfalto dispersos em água, em contato com o 
agregado mineral, sofrem uma ionização por parte deste, dando origem à formação de um 
composto insolúvel em água que se precipitará sobre o agregado. 
 
Classificação das Emulsões Asfálticas: de acordo com a estabilidade, ou tempo de ruptura: 
 Ruptura Rápida (RR): pintura de ligação, imprimação, tratamentos superficiais, macadame 
betuminoso; 
 Ruptura Média (RM): pré- misturados a frio; 
 Ruptura Lenta (RL): estabilização de solos e preparo de lama asfáltica. 
 
 
Propriedades Básicas 
 
Para um adequado conhecimento do comportamento dos materiais betuminosos, é fundamental o 
entendimento das propriedades básicas que norteiam estes materiais, cujos métodos de avaliação são 
determinados pela normalização brasileira: 
 Dureza: Está relacionada com a capacidade de deformação do material, representada (NBR 6576) 
pelo índice de penetração (em décimos de mm ou cm) de uma agulha padrão de diâmetro de 1mm 
a 1,2mm, aplicada durante 5 segundos sobre uma amostra padronizada a 25ºC.Um material muito 
duro pode trincar sob baixas temperaturas, devido à sua provável pouca ductilidade e, caso 
apresente baixa dureza, poderá escorrer em altas temperaturas; 
 Ponto de Amolecimento: Refere-se à temperatura de referência para a aplicação do material, a 
partir da qual o material se torna mole. Em geral, quanto mais alto o ponto de amolecimento, 
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melhores as condições de uso do material, uma vez que não amolecerá em dias quentes, sendo 
necessário, por outro lado, maior calor para os trabalhos de aplicação (maior risco de explosão). 
Está diretamente relacionado com a dureza. A determinação (NBR 6560) é realizada a partir da 
fundição e moldagem do material em anel vazado padronizado, sobre o qual é assentada uma bola 
de aço também padronizada, sendo o conjunto aquecido de modo que a bola desça de nível 
gradativamente até que, a uma dada temperatura (ponto de amolecimento), atinja uma placa de 
referência; 
 Viscosidade: Trata-se da resistência oposta por um fluido à deformação sob a ação de uma força. 
O ensaio brasileiro normalizado (NBR 5847) é o de viscosidade absoluta, com base no tempo de 
escoamento do material em vasos especiais calibrados com óleos de referência a uma dada 
temperatura; 
 Ductilidade: É a capacidade do material se deformar sem romper ou apresentar fissuras. É de 
fundamental importância para a escolha do material a ser utilizado na impermeabilização, uma vez 
que avalia a plasticidade do material, necessária quando a base está sujeita a dilatações 
volumétricas diferenciadas (concreto, madeira, metal). A avaliação é realizada (NBR 6293) por 
meio da medida da extensão da amostra padrão (em formato de “gravata borboleta” sob tração 
controlada); 
 Massa específica: Refere-se à densidade do material, de grande importância para avaliação da 
uniformidade e do teor de impurezas, podendo ser determinada a partir do processo de balanças 
hidrostáticas; 
 Ponto de fulgor: Representa a temperatura na qual os gases desprendidos do material se inflamam 
(rápida explosão), mesmo que temporariamente, acima da qual se encontra o ponto de combustão 
(ou ponto de incêndio, em cuja temperatura a amostra continua a queimar por, no mínimo, 5 
segundos). Estão relacionados com a segurança do aplicador, de modo que a temperatura de 
aplicação deve-se situar, pelo menos, 20ºC abaixo do ponto de fulgor. A determinação (NBR 
13341) é efetuada pelo método de Cleveland, no qual ocorre uma passagem de chama sobre 
amostra padrão até a ocorrência de lampejos inflamados; 
 Betume total: Muito utilizada para betuminosos utilizados em pavimentação, na qual se avalia a 
solubilidade do material em bissulfeto ou tetracloreto de carbono. 
 
 
 
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Influência da temperatura nas propriedades físicas do asfalto 
 
Todas as propriedades físicas do asfalto estão associadas à sua temperatura. O modelo estrutural do 
ligante como uma dispersão de moléculas polares em meio não-polar ajuda a entender o efeito da 
temperatura nos ligantes asfálticos. 
 
Em temperaturas muito baixas, as moléculas não têm condições de se mover umas em relação às outras e 
a viscosidade fica muito elevada; nessa situação o ligante se comporta quase como um sólido. À medida 
que a temperatura aumenta, algumas moléculas começam a se mover podendo mesmo haver um fluxo 
entre as moléculas. O aumento do movimento faz baixar a viscosidade e, em temperaturas altas, o ligante 
se comporta como um líquido. Essa transição é reversível. 
 
Um dos critérios mais utilizados de classificação dos ligantes é a avaliação da sua suscetibilidade térmica, 
por algum ensaio que meça direta ou indiretamente sua consistência ou viscosidade em diferentes 
temperaturas. 
 
Portanto, todos os ensaios realizados para medir as propriedades físicas dos ligantes asfálticos têm 
temperatura especificada e alguns também definem o tempo e a velocidade de carregamento, visto que o 
asfalto é um material termoviscoelástico. 
 
Para se especificar um determinado asfalto como adequado para pavimentação, a maioria dos países 
utiliza medidas simples de características físicas do ligante, pela facilidade de execução nos laboratórios 
de obras. As duas principais características utilizadas são: a “dureza”, medida através da penetração de 
uma agulha padrão na amostra de ligante, e a resistência ao fluxo, medida através de ensaios de 
viscosidade. 
 
Acrescentaram-se ao longo dos anos nas especificações alguns outros critérios de aceitação que são 
associados a ensaios empíricos, que, a princípio, tentam avaliar indiretamente o desempenho futuro do 
ligante nas obras de pavimentação. Os ensaios físicos dos cimentos asfálticos podem ser categorizados 
entre ensaios de consistência, de durabilidade, de pureza e de segurança.