RELATÓRIO1 MateriaisBetuminosos Amanda Gabriel Laura

Prévia do material em texto

Universidade Federal de Campina Grande — UFCG 
Centro de Tecnologia e Recursos Naturais — CTRN 
Unidade Acadêmica de Engenharia Civil — UAEC 
Laboratório de Engenharia de Pavimentos — LEP 
Curso de graduação em Engenharia Civil 
Campus Sede — CEP: 58109-970 
 
 
 
 
 
Relatório de Experimento: Materiais Betuminosos 
 
 
 
 
 
Docente: Carina Silvani 
Discentes: Amanda dos Santos Queiroz (118210219) 
 Gabriel Hugo Silva de Lima (118210585) 
 Maria Laura Fernandes Bezerra (118210462) 
 
 
 
 
 
 
 
Campina Grande, 18 de março de 2021. 
 
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Materiais de Construção Experimental 
Relatório sobre ensaios de Materiais Betuminosos 
Período 2020.1e 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Relatório apresentado à 
disciplina de Materiais de Construção 
Experimental, da Unidade Acadêmica 
de Engenharia Civil do CTRN da 
UFCG como requisito básico para 
obtenção da nota do 1º estágio. 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
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. 
Os materiais betuminosos estão presentes em cerca de 95% das estradas 
pavimentadas, são materiais que têm papel fundamental na construção civil. Com isso 
torna-se necessário um estudo deles para que se possa usá-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. 
1.1. Materiais betuminosos utilizados em pavimentação: 
● Cimentos asfálticos de petróleo (CAP) 
● Asfaltos diluídos (ADP) 
● Emulsões asfálticas (EAP) 
● Asfaltos modificados por polímero (AMP) 
● Asfaltos modificados por borracha (AMB) 
 
 O CAP é a base de todos os outros produtos. 
 Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAPs) são o produto básico da destilação do 
petróleo, são semi-sólidos à temperatura ambiente, necessitando de 
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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 (Leite, 1999). 
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 
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: η = 700 a 1500 poises 
• CAP20: η = 2000 a 3500 poises 
• CAP40: η = 4000 a 8000 poises 
Classificação dos CAPs segundo ensaio de Penetração, realizado a 
25ºC (100g, 5s, 25ºC): 
• CAP 30/45 
• CAP 50/70 
• CAP 85/100 
• CAP 100/120 
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• CAP 150/200 
 
1.2. Utilização: 
 
● Pavimentação – é a regularização superficial do solo com o intuito de dar 
passagem fácil a todo e qualquer veículo ou transeunte: 
● Pavimento asfáltico – são pavimentos feitos com materiais betuminosos 
puros ou em misturas com agregados pétreos; 
● Imprimações ou pintura de ligação – é uma fina camada feita de asfaltos 
diluídos ou emulsões aplicadas diretamente sobre o solo, com a função de 
impermeabilização e aderência, e sobre pavimento antigo com a única 
função de aderência; 
● Concreto asfáltico – nome dado somente para pavimentos do tipo hotmixed, 
de graduação compacta, preparados com dosagem racional e aplicados 
com equipamentos e técnicas avançadas; 
● Solo-asfalto – mistura de asfalto como solo natural para obter estabilização, 
não sendo apropriado para o tráfego de veículos; 
● Impermeabilização – é a proteção das construções contra a infiltração da 
água. Membranas asfálticas – moldada a frio “in loco”; • Mantas asfálticas – 
moldada a quente na forma de tecido. 
● Feltro asfáltico: São materiais largamente aplicados em 
impermeabilizações, constituídos de feltros ricos em algodão ou de papelão 
absorvente, embebidos com asfalto; uma tira de 5 cm de largura deve 
resistir, no mínimo a uma tração de 1,5 Mpa; 
● Placas asfálticas prensadas; 
● Misturas betuminosas: Os materiais betuminosos podem ser misturados 
entre si, sem provocar reação química apreciável a fim de melhorar as 
propriedades. Podem ser adicionados fileres diversos a fim de melhorar 
plasticidade, adesão, resistência, durabilidade etc.; 
● Novos Produtos: Asfaltos modificados com polímeros – são adicionados 
polímeros com o intuito de aumentar a homogeneidade, durabilidade e o 
comportamento elástico; Asfaltos modificados com fibras – O maior 
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exemplo dessa utilização está em Interlagos a fim de aumentar a resistência 
mecânica do pavimento. 
1.3. Objetivos: 
• Determinação da penetração; 
• Determinar o ponto de fulgor; 
• Determinação do ponto de amolecimento - Método do anel e bola; 
• Determinação da viscosidade Saybolt-Furol; 
 
 
2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAL 
 
2.1. Penetração: 
2.1.1. Materiais: 
a) Recipiente de metal e cilíndrico para colocar a amostra (figura 01); 
b) Penetrômetro (figura 02); 
c) Agulha (figura 03); 
d) Cronômetro; 
e) CAP 50/70 (figura 04); 
f) Termômetro; 
Figura 1. Recipiente com a amostra do CAP. 
(SILVANI, 2021) 
Figura 2. Equipamento utilizado: Penetrômetro. 
(SILVANI, 2021) 
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2.1.2. Métodos: 
Segundo a NBR 6576/2007 e reafirmado pela DNIT 155/2010, o procedimento 
da penetração é a medição da distância em décimos de milímetros que uma agulha 
padronizada penetra verticalmente na amostra de material sob condições prefixadas 
de carga, tempo e temperatura. 
O procedimento foi iniciado alinhando a agulha no limite da superfície da 
amostra de CAP 50/70, que é o CAP mais utilizado no Nordeste. Em seguida soltou-
se o êmbolo para medição da deflexão de penetração da agulha, onde o peso e o 
tempo possuem valores constantes. Após 5 segundos foi feita a leitura do resultado 
obtido. 
Assim como é indicado pela norma, o procedimento foi realizado 3 vezes, onde 
foi coletado em 3 pontos diferentes da amostra, distantes entre si e da borda do 
recipiente em 10mm no mínimo. Entretanto, vale ressaltar que emtodas as vezes que 
foi concluída a penetração, houve a necessidade de limpar o material com gasolina 
para nova utilização. 
 
2.2. Ensaio de Ponto de fulgor: 
2.2.1. Materiais: 
a) Vaso aberto de Cleveland; 
b) Termômetro; 
Figura 2. Agulhas. (SILVANI, 2021) Figura 4. Amostra com as 3 perfurações. 
(SILVANI, 2021) 
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c) Chama piloto; 
d) Suporte para vaso; 
e) Suporte para termômetro; 
f) Bico de Busen; 
g) Fonte de calor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.2. Método: 
O ponto de fulgor em derivados de petróleo é a menor temperatura 
corrigida para uma pressão barométrica de 101,3 kPa, na qual a aplicação de 
uma chama de ensaio causa a ignição dos vapores da alíquota sob as 
condições específicas do ensaio, definição encontrada na NBR 11341/08. 
Nesse experimento foi utilizado uma emulsão, devido o tempo com o 
CAP ser muito demorado e o termômetro utilizado ter uma escala menor. 
Inicialmente é colocado uma quantidade de emulsão no vaso de 
Cleveland, atentando-se para não ultrapassar o nível e transbordar. Após isso, 
acende-se o bico de Busen aquecendo a amostra. No mesmo momento, ajusta-
se o termômetro no recipiente, para poder medir corretamente a temperatura. 
Em seguida, quando a amostra começar a liberar vapores, acende-se a chama 
piloto, fazendo movimentos circulares e constantes, sobre a amostra. Cada 
Figura 5. Vaso contendo a amostra e na sua parte 
superior podemos ver o bico de Busen. (SILVANI, 2021) 
Figura 6. Termômetro utilizado. (SILVANI, 2021) 
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passagem deve durar, aproximadamente, 1 seg. O ponto de fulgor será 
apontado quando em qualquer ponto da superfície da amostra aparecer um 
lampejo provocado pelos vapores, a partir desse lampejo mede-se a 
temperatura exata. 
 
2.2. Ponto de amolecimento ou Anel e Bola: 
2.2.1. Materiais: 
a) Anéis de latão (figura 7); 
b) Bola de aço de 93,5 g; 
c) Becker de 800ml; 
d) Bico de Busen; 
e) Termômetro; 
f) Espátula; 
g) Placa de vidro; 
h) Suporte para anéis e bolas, de modo que a amostra fique a 2,54cm 
do fundo do recipiente (figura 8). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7. Anel e Bola. (SILVANI, 2021) 
Figura 8. Suporte. (SILVANI, 2021) 
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2.2.2. Método: 
O ponto de amolecimento é a medida empírica que correlaciona a 
temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condições 
particulares e atinge uma determinada condição de escoamento a partir do 
ponto de fusão. Esse ensaio é feito dentro da água para garantir que a 
temperatura seja a mesma em todos os lados da amostra. 
A princípio, prepara-se a execução dos anéis preenchidos com CAP, tendo 
uma distância a ser percorrida padrão de 1 polegada. Posteriormente, coloca-
se o termômetro no meio bem próximo dos dois anéis, pois através da 
temperatura homogênea coletada, pode-se achar o parâmetro do experimento, 
ou seja, o ponto de amolecimento. Após isso, liga-se a fonte de calor para 
aumentar a temperatura, em teoria de 2 em 2 graus. Espera-se até que atinja 
a temperatura que vai fazer com que a bola penetre o CAP. 
O CAP de maneira geral não tem um momento exato de mudança de fase, 
dependendo da temperatura ele se comporta de uma maneira diferente. Caso 
as bolas cheguem à distância de 1 polegada juntas, a temperatura é a mesma, 
caso não aconteça é feito a média das duas temperaturas. 
 
Figura 9. Amostra depois de aquecida e cedida, 
encostando no fundo do suporte. (SILVANI, 2021) 
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2.3. Ensaio de Viscosidade: 
2.3.1. Materiais: 
a) Viscosímetro (figura 10); 
b) Funil (figura 11); 
c) Tubo de Viscosidade; 
d) Frasco Receptor; 
e) Cronômetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura10. Aparelho utilizado, com os 2 frascos 
receptores. (SILVANI, 2021) 
Figura11. Funil para derramar a amostra. (SILVANI, 
2021) 
Figura 12. Cronômetro do Viscosímetro. Também 
pode-se notar a temperatura da amostra no painel ao 
lado direito. (SILVANI, 2021) 
Figura 13. Tampa do funil. (SILVANI, 2021) 
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2.3.2. Método: 
A viscosidade tem como objetivo medir a consistência dos materiais 
betuminosos em estado líquido, de uma forma prática. O procedimento de 
viscosidade iniciou com a inserção do CAP no funil, após isso é feita a retirada 
da rolha que está no funil e começa a contar o tempo que demora para o CAP 
escoar por um furo padrão, iniciando a contagem do escoamento pelo 
cronômetro e quando atingir a marca delimitada, fazemos a duplicata para 
comparar o tempo de escoamento e temperatura da emulsão. 
 
3. RESULTADOS 
3.1. Ensaio de Penetração: 
A tabela abaixo mostra os valores que foram obtidos nas medições: 
 
Tabela 1. Valores obtidos: 
1ª medição 2ª medição 3ª medição Média 
7,0 mm 7,15 mm 6,5 mm 6,88 mm 
 
A amostra na primeira medição apresentou o valor de 70 décimos de 
milímetro. Na segunda medição a deflexão obtida foi de 71,50 décimos de 
milímetro e por fim, na terceira medição obteve-se o valor de 65 décimos de 
milímetro, sendo esse o menor valor de leitura. A última medição pode ter 
ocorrido discrepância devido ao entortamento da agulha. Dessa forma, de 
acordo com a ANP-2005, a amostra é classificada como CAP 50/70. 
 
3.2. Ensaio de Viscosidade Saybolt-Furol: 
 
Após inserir o CAP no funil e retirada da rolha que estava no funil, 
começou a contar o tempo que demora para a emulsão escoar pelo furo 
padrão, que ao final chega a um total de 60cm³ de CAP, na temperatura de 
135.1 °C. 
Concluído o escoamento, teve-se o primeiro tempo que foi de 2 minutos 
52 segundos e 49 centésimos. A segunda medição teve o tempo de 3 minutos 
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35 segundos 82 centésimos. Sendo assim, após os dois testes faz-se a média 
das duas temperaturas. Como não houve variação de temperatura, não 
precisou calcular a média. 
 
Tabela 2. Tempo cronometrado na primeiro e segundo escoamento da amostra: 
1ª medição 2ª Medição 
00:02:52:43 SSF 00:03:35:82 SSF 
 
 
3.3. Ensaio de Ponto de amolecimento: 
Obteve-se a média da temperatura a partir da observação do contato da 
esfera 1 e 2 com a placa de fundo (50ºC e 51ºC respectivamente). A partir do 
cálculo da média aritmética, chegamos ao resultado abaixo: 
𝟓𝟎º + 𝟓𝟏º = 𝟓𝟎, 𝟓ºC 
 
3.4. Ensaio de Ponto de Fulgor: 
Após o tempo de espera para aquecer a amostra, a chama surgiu 
rapidamente, assim encontrando o Ponto de Fulgor a 50ºC, aferido no 
termômetro. 
Deste modo afirmou-se que o CAP, possui ponto de fulgor a 50°C, ou 
seja, esta é a mínima temperatura na qual o produto em contato com uma fonte 
externa de calor, torna-se inflamável. 
 
 
 
 
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4. CONCLUSÃO. 
 
Através dos experimentos realizados, pôde-se conhecer características 
específicas do CAP. Com base no ensaio de ponto de fulgor, concluímos que a mínima 
temperatura para que a amostra em contato com uma fonte externa se torne 
inflamável foi de 50 ° C. 
Observa-se também que o CAP utilizado na realização do ensaio penetração 
obteve o resultado de 6,88 mm ou 68,8 décimos de milímetro, sendo classificado como 
CAP 50/70, de acordo com a ANP-2005. Se tratando do ensaio de ponto de 
amolecimento, o material usado teve como resultado 50,5ºC, sendo a média dos 
valores obtidos pelo experimento. Entretanto, pode-se notar possíveis erros no 
experimento de penetração, observou-se ao fim da terceira medição uma diferença 
considerável dos valores anteriores, sendo um dos possíveis fatores de erro o 
alinhamento da agulha, pois o procedimento é feito no “olhômetro”, e o fato dela estar 
possivelmente suja e torta. 
Por sua vez, o ensaio de viscosidade foi o mais passível de erro, uma vez que 
seus resultados foram muito altos, sendo eles de 2 minutos 52 segundos e 49 
centésimos na primeira medição e 3 minutos 35 segundos 82 centésimos na segunda 
medição. Pode-se apontar como fator que influenciou nos resultados distintos,o 
problema no furo do funil, fazendo com que demorasse mais e consequentemente 
apresentasse uma viscosidade maior, era esperado o mesmo resultado por se tratar 
da mesma amostra utilizada nos dois anéis. 
A partir dos experimentos e das discussões apontadas neste relatório, conclui-
se que o CAP atende aos requisitos para utilização em nossa região, embora seja 
necessário realizar o teste de viscosidade novamente e, se possível, em outro 
aparelho para assim verificar se realmente atende aos padrões esperados. 
 
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 
 
SILVANI, Carina. Materiais Betuminosos. Notas de aula. Aula 2. 
SILVANI, Carina. Materiais Betuminosos. Notas de aula. Aula 3. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 11341: Derivados de 
petróleo – Determinação dos pontos de fulgor e de combustão em vaso aberto 
de Cleveland: 2008. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6560: Materiais 
betuminosos – Determinação do ponto de amolecimento – Método do anel e 
bola: 2008. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6576: Materiais 
asfálticos – Determinação da penetração: 2007. 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR MB517: Determinação 
da Viscosidade Saybolt-Furol de materiais betuminosos a alta temperatura: 
2003.