concreto asfaltico
TRANSCRIPT
AO PROFO. KLEBER ARISTIDESDOCENTE DA DISCIPLINA DE MATERIAS DE CONSTRUÇÃO DO CURSO DE
ENGENHARIA CIVILUNIVERSIDADE PAULISTA – INSTITUTO DE CIENCIAS EXATAS E TECNOLOGIA.
CONCRETO ASFALTICOGrupo:
Alunos do 4º. semestre do curso de Engenharia Civil da Universidade Paulista - UNIP
1
1 OBJETIVOS ................................................................................................... 4
2 EMBASAMENTO TEÓRICO ............................................................................ 4
2.1 DEFINIÇÃO ............................................................................................. 4
2.2 CONCEITOS BASICOS SOBRE PAVIMENTAÇÃO ....................................... 4
2.2.1 Conceito Básico ............................................................................... 4
2.2.2 Concepção básica ........................................................................... 5
2.2.3 Revestimento .................................................................................. 6
2.2.4 Materiais de Pavimentação ............................................................. 7
2.3 CONCRETO BETUMINOSO USINADO A QUENTE (CBUQ) ........................ 9
2.3.1 Generalidades ................................................................................. 9
2.3.2 AGREGADOS ................................................................................. 10
2.4 CIMENTO ASFALTICO ........................................................................... 13
2.4.1 Asfaltos Polimerizados ................................................................. 15
2.4.2 Ensaios de Caracterização dos CAP ............................................. 15
2.4.3 Propriedades Físicas dos CAP ........................................................ 19
2.4.4 Imprimações Ligantes e Impermeabilizantes ............................... 20
2.4.5 Asfaltos Diluídos ............................................................................ 21
2.4.6 Emulsões Asfálticas ....................................................................... 21
2.4.7 Ensaio para Determinação do Teor de Betume ............................. 23
2.4.8 Índices Físicos para Misturas Betuminosas ................................... 25
2.4.9 Ensaio Marshall (Método do U.S. Army Corps of Engineers) .......... 29
3 Conclusões ................................................................................................ 31
4 Bibliografia ................................................................................................ 35
2
ÍNDICE DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Camadas de Pavimentação............................................................5
Figura 2 - Camadas de Pavimentação............................................................5
Figura 3 - Materiais Usuais em Obras de Pavimentação.................................8
Figura 4 - Aplicação de Matriais Usuais em pavimentação.............................9
Figura 5 - Processo de Destilação do Petróleo..............................................14
Figura 6 Ensaios em Materiais Betuminosos................................................16
Figura 7 Ensaios em Materias Betuminosos Polimerizados..........................17
Figura 8 Ensaio de Consistência em Betumes..............................................17
Figura 9 Ensaios de Ductilidade...................................................................19
Figura 10 Aspectos de Emulsões..................................................................22
Figura 11 Equipamento Rotarex...................................................................24
Figura 12 Amostra de Agregado Compactado..............................................25
Figura 13 Distribuição das Misturas Constituintes........................................26
Figura 14 Grafico de Fluência.......................................................................28
Figura 15 – Grafico resultados do Ensaio Marshall.......................................31
Figura 16- Visão em Corte do Concreto Asfaltico.........................................33
3
1 OBJETIVOSO presente trabalho objetiva, apresentar as principais características do material “Concreto Asfáltico”. Para tanto foi realizada uma pesquisa bibliográfica onde foram levantados elementos teóricos sobre o concreto asfáltico, seus principais componentes, ensaios tecnológicos aplicáveis, bem como uma breve discussão sobre sua principal aplicação que é a pavimentação. Com o objetivo de estimular o conhecimento e demonstrar a importância de tal material para a sociedade, anexou-se uma matéria da revsita VEJA São Paulo, sobre a questão dos buracos na pavimentação da cidade.
2 EMBASAMENTO TEÓRICO
2.1 DEFINIÇÃOConcreto asfáltico é uma mistura executada a quente, em usina apropriada, com características específicas. É composta de agregado graduado, cimento asfáltico modificados ou não por polímero, e se necessário, material de enchimento, fíler,e melhorador de adesividade, espalhada e compactada a quente.
O concreto asfáltico pode ser empregado como revestimento,camada de ligação, binder, regularização ou reforço estrutural do pavimento.
2.2 CONCEITOS BASICOS SOBRE PAVIMENTAÇÃO
2.2.1CONCEITO BÁSICO
Estrutura composta por camadas sobrepostas de materiais compactados, assentados sobre o subleito do corpo da estrada.
4
Figura 1 - Camadas de Pavimentação
Figura 2 - Camadas de Pavimentação
2.2.2CONCEPÇÃO BÁSICA
Os sistemas de camadas devem transmitir e receber esforços de acordo com as seguintes condições:
a) Cada camada deve ser submetida à esforços de acordo com sua capacidade portante.:
5
b) Subleito fundação ou infraestrutura deve ser submetido a esforços aliviados. Segundo Balbo o modelo de um pavimento flexível poderia seguir a seguinte hipótese
2.2.3REVESTIMENTO
O revestimento é a primeira camada da pavimentação, e tem por objetivo receber todas as cargas atuantes sem haver grande deformação ou desagregação, resistindo aos esforços abrasivos, evitar a penetração d’água, permitindo o rolamento suave e seguro.
6
Deve ser constituído por material bem aglutinado de modo a evitar movimento horizontais.
O DNIT em seu manual de pavimentação estabelece a seguinte classificação dos revestimentos:
2.2.4MATERIAIS DE PAVIMENTAÇÃO
BALBO apresentou a seguinte classificação de materiais para a pavimentação
7
Figura 3 - Materiais Usuais em Obras de Pavimentação
Quanto a aplicação os materiais podem seguir a seguinte tabela:
8
Figura 4 - Aplicação de Matriais Usuais em pavimentação
2.3 CONCRETO BETUMINOSO USINADO A QUENTE (CBUQ)
2.3.1GENERALIDADES
O concreto betuminoso ou concreto asfáltico é uma mistura de agregados, “filler” (material de enchimento) e cimento asfáltico de petróleo, devidamente dosada, misturada e homogeneizada em usina. Esta mistura, depois de distribuída e compactada, oferece ao pavimento boa impermeabilidade e resistência ao desgaste.
Conforme a posição relativa e a função na estrutura, a camada de CBUQ é designada por:
a) Camada de Rolamento: recebe diretamente a ação do tráfego; a mistura deverá apresentar estabilidade e flexibilidade compatíveis com o funcionamento elástico da estrutura e condições de rugosidade que proporcionem segurança ao tráfego, mesmo sob condições adversas.
b) Camada de Ligação ( “Binder” ): situa-se logo abaixo da camada de rolamento, apresentando em relação a esta, diferenças de comportamento decorrentes do emprego de agregados de maior diâmetro máximo, maior porcentagem de vazios e menor teor de ligante.
9
c) Camada de Nivelamento ( “Reperfilagem” ): executada com massa asfáltica de graduação fina, serve para corrigir deformações na superfície de um revestimento antigo e selar as fissuras existentes.
2.3.2AGREGADOSa) Agregado miúdo: é o material que passa na peneira no 4 (4,8 mm) e é
retido na peneira no 200 (0,074 mm).
b) Agregado graúdo é o material que fica retido na peneira no 4.
c) Filler ou material de enchimento é o material que passa na peneira no
200.
d) Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) , como definido anteriormente. Para concreto asfáltico utiliza-se o CAP-20.
A composição da mistura deverá satisfazer os requisitos do quadro a seguir:
Granulometrias Especificadas para CBUQ – PMSP ESP-11/92
10
Peneira Porcentagem, em peso,que passa
( “ ) (mm)Agregado
I II III IV V VI
2 50,0 100 - - - - -
1 ½ 38,0 95 – 100 100 - - - -
1 25,0 75 – 100 95 – 100 - - - -
¾ 19,0 60 – 90 80 – 100 100 100 - -
½ 12,5 - - 80 – 100 88 – 100 100 -
3/8 9,52 35 – 65 45 – 80 70 – 90 78 – 94 92 – 100 100
nº 4 4,80 25 - 50 28 - 60 50 – 70 60 – 80 74 – 90 75 – 100
nº 8 2,38 - - 34 - 54 44 - 60 60 – 80 -
nº 10
2,0 20 – 40 20 – 45 - - - 50 - 90
nº 40
0,42 10 - 30 10 - 32 14 – 26 20 – 35 30 - 50 20 - 50
nº 80
0,175
5 - 20 8 – 20 9 – 18 12 – 24 16 – 32 7 - 28
nº 200
0,075
1 - 8 3 - 8 5 - 10 6 - 12 6 - 12 3 - 10
Utilização Ligação Lig./Rolam.
Rolamento Reperfil.
Esp. Comp. (cm)
4 a 6 3 a 5 1 a 2,5
Tipo de Tráfego
Qualquer P / MP M / L ML Qualquer
Teor de Betume
3,5 a 5,0 4,0 a 5,5 4,5 a 6,5 5,0 a 7,0 5,5 a 7,5 4,5 a 7,0
Os Tipos de Tráfego têm a seguinte classificação:
MP – Muito Pesado
P – Pesado
11
M – Médio
L – Leve
ML – Muito Leve
O “filler” ou material de enchimento, deverá satisfazer os requisitos:
Granulometrias Especificadas para “Filler” – PMSP ESP-11/92
Peneira Porcentagem, em peso,que passa
( “ ) (mm)
nº 40 0,420
100
nº 80 0,175
95 – 100
nº 200 0,075
65 – 100
A espessura da camada compactada, a ser executada de uma única vez, deverá situar-se entre 1,5 e 2,5 vezes o diâmetro máximo dos agregados da mistura. A abrasão Los Angeles, para os agregados passando pela peneira nº 10 ( 2,00 mm ), deverá ser igual ou inferior a 40%.
A temperatura de aplicação em pista do cimento asfáltico, segundo a PMSP ESP-11/92, não poderá ser inferior a 120ºC nem superior a 172ºC; para os agregados o limite inferior será 125ºC e 177ºC. Caso um dos dois exceda estes limites, a massa produzida deverá ser rejeitada.
Abaixo, características que deverá apresentar no Ensaio Marshall:
ITEM
Tráfego
Muito Leve e LeveMédio, Pesado e
Muito Pesado
Nº Golpes/face 50 75
Estabilidade ( kgf ) 400 – 1000 750 – 1500
Fluência ( 0,01” ) 8 – 18 8 – 16
% de Vazios Totais 3 – 5 3 – 5
• capa 3 a 5
• “binder” 4 a 7
12
• reperfilagem 3 a 5
Relação Betume-Vazios (%)
• capa 75 a 82
• “binder” 65 a 72
• reperfilagem 75 a 82
2.4 CIMENTO ASFALTICOBetume é a mistura de hidrocarbonetos naturais, solúvel em bi-sulfeto de carbono. Estes hidrocarbonetos podem originar-se dos asfaltos naturais, da destilação do alcatrão (carvão) ou do refinamento do petróleo bruto.
Os asfaltos são uma mistura de betume com impurezas como siltes, argilas ou outros materiais minerais; são constituídos, essencialmente, de betumes (por este motivo, os asfaltos muitas vezes também são chamados de betumes). Os asfaltos naturais são encontrados em formações rochosas; não são fáceis de encontrar, existem em pequenas quantidades e são de difícil extração. Portanto, para uso comercial, em pavimentação de ruas, estradas, etc, o mais utilizado são os betumes asfálticos, que são resíduos provenientes da destilação do petróleo bruto. São de cor negra ou marrom muito escuro, viscosos, ligantes e, na temperatura ambiente, de consistência sólida ou semi-sólida. No Brasil, utilizam-se pequenas porcentagens de alcatrões, misturados aos asfaltos de petróleo, para melhorar a adesividade do ligante aos agregados.
O betume obtido a partir da destilação do petróleo cru em refinaria é, comumente, denominado Cimento Asfáltico de Petróleo ( CAP) e, desenvolvido especificamente para pavimentação. Basicamente, o petróleo bruto é aquecido a 350ºC e conduzido a uma coluna de destilação atmosférica; na parte inferior da coluna, as frações mais pesadas são condensadas. Este resíduo pesado é reaquecido a 360ºC e introduzido numa coluna de destilação à vácuo; o resíduo recolhido na base desta coluna é o betume. Quando o petróleo bruto é pesado, o processo é o descrito acima (Brasil, Venezuela); petróleos mais leves (Kwait, por exemplo), requerem processos muito mais complexos até a obtenção do betume.
O quadro abaixo apresenta os derivados de petróleo mais utilizados e sua temperatura no processo de destilação.
Produto da Destilação Temperatura ( ºC )
Gás 30
Gasolina 210
Querosene 290
13
Óleo Diesel 370
Gasóleo 480
Asfalto 480
Deve ser observado que antes de 1973, quando ocorreu a crise internacional do petróleo, as refinarias brasileiras trabalhavam com petróleo de apenas uma procedência; atualmente, algumas refinarias chegam a receber, anualmente, cerca de 30 tipos diferentes de petróleos crus. Essa diversidade de tipos obriga uma maior necessidade de controle dos processos, pois a qualidade e quantidade de CAP obtidos no final do processo, dependem da origem do petróleo e sua densidade.
Abaixo, esquema SIMPLIFICADO do fracionamento do petróleo, onde podemos observar, principalmente, a obtenção do betume para pavimentação.
Figura 5 - Processo de Destilação do Petróleo
As pesquisas mostram que há uma estreita relação entre a constituição dos betumes e sua estrutura, com seu comportamento reológico (comportamento dos materiais quanto à deformação, quando submetidos a tensões). Em geral, os betumes comportam-se como corpos viscoelásticos. Dependendo das condições de solicitação, suas reações podem ser
14
essencialmente elásticas, essencialmente viscosas ou, ainda, intermediária a estes dois extremos.
O CAP é um material cimentante e aglutinante, apresentando geralmente, boa aderência aos agregados (exceção feita a minerais argilosos, muscovita e alguns quartzos), flexibilidade, durabilidade e grande resistência à maior parte dos ácidos, sais e álcalis; apresenta, ainda, propriedades impermeabilizantes. Estas qualidades tornam seu uso bastante freqüente na engenharia civil, ora como impermeabilizante, ora como ligante.
Os asfaltos são constituídos por duas partes: maltenos e asfaltenos. As proporções entre eles variam (inclusive no tempo) em função de sua exposição ao oxigênio e à luz, de ambientes com temperaturas elevadas, do tipo de agregado pétreo a que se associam e da espessura do filme sobre os agregados. Essas variações irão gerar alterações nas propriedades físicas e tecnológicas dos CAP, que poderão ocorrer de forma paulatina, com a evaporação dos componentes voláteis ou em virtude da combinação do oxigênio do ar com os hidrocarbonetos (oxidação). Essas transformações geram um aumento da viscosidade do CAP. Esse processo é conhecido como envelhecimento do CAP e o conduz a alterações substanciais em relação às suas propriedades iniciais, tornando-o duro e quebradiço.
2.4.1 ASFALTOS POLIMERIZADOS
O CAP pode ter sua durabilidade e elasticidade aumentadas, voluntariamente, associando-o a polímeros. A polimerização é a combinação do CAP com duas ou mais moléculas, conduzindo à formação de moléculas mais pesadas. Os asfaltos polimerizados (ou modificados com polímeros) são aplicados na Europa desde o início da década de 80, com comprovada eficiência. Este tipo de asfalto é utilizado, normalmente, com agregados de distribuição granulométrica mais fina que as misturas asfálticas tradicionais, criando misturas com texturas superficiais favoráveis à aderência pneu-pavimento, com propriedades drenantes.
São indicados, especialmente, para pavimentos sujeitos a tráfego intenso de veículos comerciais. No Brasil, embora já especificado por órgãos como o DNIT, a restrição ao uso do asfalto modificado por polímeros acontece em virtude do alto preço. Com seu desenvolvimento, a tendência é que estes preços venham a diminuir.
2.4.2 ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO DOS CAPOs sensaios podem ser resumidos nas seguintes tabelas, sendo uam para os CAP comuns e outra para os CAP Polimerizados
15
Figura 6 Ensaios em Materiais Betuminosos
16
Figura 7 Ensaios em Materias Betuminosos Polimerizados
2.4.2.1 Ensaio de Penetração ( ou Consistência ) – NBR 6576
A penetração de uma agulha-padrão, sob determinadas condições de carga, tempo e temperatura, é medida em décimos de milímetros. No ensaio normal, adotam-se os seguintes valores: Carga (100 g), Tempo (5 s) e Temperatura (25oC).
Figura 8 Ensaio de Consistência em Betumes
Conforme o resultado do Ensaio de Penetração, a PMSP classificava os cimentos asfálticos em 10 grupos; atualmente, são classificados em apenas 4 grupos: 30 - 45, 50 - 60, 85 – 100 e 150 – 200.
17
A classificação dos CAP, para fins de aplicação na engenharia civil, pode ser feita pela penetração e viscosidade cinemática. Embora a classificação pela viscosidade cinemática tenha sido adotada em todo o mundo e introduzida no Brasil desde 1986, a maneira mais comum de classificação ainda é o valor da penetração.
2.4.2.2 Ensaio de Viscosidade Absoluta ( Cinemática ) – NBR 14756
É determinada com viscosímetro de tubo capilar de cristal; mede-se o tempo decorrido para que um determinado volume de CAP possa fluir, controlando-se a altura do líquido para uma determinada temperatura.
A classificação é feita com os valores da viscosidade em Poise ( 1 g/cm * s), a 60ºC. Um CAP de menor viscosidade é um material mais mole que um CAP de maior viscosidade (mais duro). No Brasil, são especificadas apenas 3 categorias (ABNT – MB-827):
a) CAP-7 ( 700 a 1.500 Poise )
b) CAP-20 ( 2.000 a 3.500 Poise )
c) CAP-40 ( 4.000 a 8.000 Poise )
2.4.2.3 Ensaio de Viscosidade Saybolt-Furol – NBR 14850Determina o estado de fluidez do CAP em diversas temperaturas de aplicação e uso. É uma medida de consistência, definida pelo tempo, em segundos, em que uma amostra de 60 ml de CAP flui totalmente através de um orifício-padrão. O tempo registrado é denominado SSF ( Segundos Saybolt-Furol ).
O ensaio de Viscosidade Cinemática possibilita correlações com o Saybolt-Furol; porém é mais prático e mais preciso.
2.4.2.4 Ensaio de Ductilidade NBR 6293Consiste em alongar-se uma amostra de material betuminoso sólido, cuja seção transversal, em sua menor dimensão, seja de 1 cm2. O ensaio é realizado em banho de água a 25oC, terminando com o rompimento da amostra alongada. É um ensaio de grande importância e dá idéia da capacidade de revolvimento e da adesividade do material betuminoso em relação ao agregado. A alta ductilidade é comumente associada à alta suscetibilidade do material betuminoso à mudança de temperatura. A baixa ductilidade, na maioria das vezes, é um indício de superaquecimento do material betuminoso.
As ductilidades abaixo, são as mínimas indicadas, para cada tipo de CAP:
CAP 7 20 40
Ductilidade (mm)
500 200 100
18
Abaixo, ilustração do ensaio.
Figura 9 Ensaios de Ductilidade
2.4.2.5 Ensaio de Ponto de Fulgor NBR 11341Este ensaio é executado, principalmente, por questões de segurança associadas ao aquecimento dos asfaltos. Indica a temperatura em que os vapores emanados do material betuminoso são suscetíveis de inflamarem-se e, desta forma, sua determinação serve como advertência, no caso de ser atingida a temperatura apontada. É mais importante quando não se conhece, a priori, esta característica do CAP.
2.4.2.6 Ensaio de Ponto de Amolecimento NBR 6560Também conhecido por “anel e bola” , define a temperatura na qual um CAP torna-se fluido. O aquecimento é feito a velocidade preestabelecida, determinando-se a temperatura ( ponto de amolecimento ) no momento em que, após atravessar o anel, a esfera toca o fundo do vaso de vidro.
2.4.3PROPRIEDADES FÍSICAS DOS CAP2.4.3.1 DurabilidadeA durabilidade de um CAP é uma medida de como o asfalto exposto às condições climáticas ou processos de envelhecimento, irá preservar suas características originais.
2.4.3.2 AdesividadeÉ a propriedade do CAP aderir à superfície do agregado, fixando-o em uma mistura. A melhor ou pior aderência aos agregados, proporcionada pelos asfaltos, é designada por coesão.
2.4.3.3 Suscetibilidade TérmicaÉ uma propriedade importantíssima, pois o CAP torna-se menos viscoso (mais mole), à medida que se eleva a temperatura. Pode-se associar esta propriedade à formação de trilhas de rodas em climas quentes e à ocorrência de trincas de retração, em climas frios. Esta propriedade é bastante dependente da origem do petróleo cru.
19
Desta forma, CAP de origens diferentes poderão ter mesma penetração a 25ºC, mas suscetibilidades térmicas diferentes. Um CAP de maior suscetibilidade térmica requer menor temperatura para tornar-se mais líquido, gerando a possibilidade, inclusive, da compactação de misturas em menores temperaturas.
2.4.3.4 Endurecimento ( ou Envelhecimento )Ocorre pela oxidação do material, que pode ser rápida ou lenta, tornando-o duro e quebradiço; a oxidação ocorre rapidamente com elevadas temperaturas, causando aumento do peso específico e da consistência do CAP; provoca, também, perda da ductilidade e suscetibilidade térmica. Por este motivo não se deve exceder os limites habituais de tempo de mistura e temperatura, para evitarem-se riscos de queima do material. Os CAP sofrem um processo lento de oxidação, ao longo do tempo, em pavimentos; este processo pode ser minimizado, reduzindo-se o número de vazios da mistura após sua compactação e filmes mais espessos cobrindo os agregados.
2.4.4 IMPRIMAÇÕES LIGANTES E IMPERMEABILIZANTES
2.4.4.1 Imprimação LiganteÉ a aplicação de uma camada de material betuminoso sobre a superfície de uma camada de pavimento, previamente à execução de um revestimento betuminoso, objetivando promover a aderência entre a camada imprimada e este revestimento. Deve ser executada com materiais que tenham alta viscosidade, na temperatura de aplicação (para obtermos viscosidade Saybolt-Furol entre 25 e 100 segundos) e cura ou ruptura rápida. Para este serviço, deverão ser utilizadas as emulsões asfálticas, especificadas mais adiante. Recomenda-se que a emulsão seja diluída em água, na proporção de 1:1.
2.4.4.2 Imprimação ImpermeabilizanteÉ a aplicação de uma camada de material betuminoso sobre a superfície de uma camada de pavimento concluída, objetivando aumentar a coesão da superfície, pela penetração do material betuminoso, impermeabilizar a camada e promover a aderência entre a base e a camada asfáltica a ser sobreposta. Deve ser executada com materiais que tenham baixa viscosidade, na temperatura de aplicação (para obtermos viscosidade Saybolt-Furol entre 20 e 60 segundos) e cura suficientemente demorada. Para este serviço, deverão ser utilizados os asfaltos diluídos, especificadas abaixo.
2.4.4.3 Taxas de AplicaçãoAs imprimações, ligantes ou impermeabilizantes, deverão ter uma taxa de aplicação uniforme, ou seja, deverão ser distribuídas uniformemente por toda a área, não sendo permitido “salpicar” apenas. As taxas de aplicação indicadas pela PMSP são:
Tipo de Imprimação Quantidades ( litros/m2 )
Impermeabilizante 0,8 a 1,220
Ligante 0,4 a 0,6
Os CAP, além das inúmeras aplicações diretas em pavimentação (concretos asfálticos, pré-misturados, tratamentos superficiais) são também matéria-prima para a fabricação dos asfaltos diluídos e emulsões asfálticas.
2.4.5ASFALTOS DILUÍDOS
Os asfaltos são diluídos para que se diminua sua viscosidade e possa aplicá-lo a temperaturas mais baixas. Também chamados recortados (por tradução do termo em inglês), são CAP liqüefeitos por adição de solventes (gasolina, querosene ou óleo diesel). Quando expostos às condições ambientes os solventes evaporam, restando apenas o CAP; o tempo de secagem depende do tipo e quantidade do solvente e das condições de campo, como temperatura, umidade etc. Conforme a natureza do diluente aplicado, temos:
a) Óleo Diesel ⇒ Cura Lenta ( CL )
b) Querosene ⇒ Cura Média ( CM )
c) Gasolina ⇒ Cura Rápida ( CR )
No Brasil não são especificados os asfaltos diluídos de cura lenta. A mistura com o diluente é feita por agitação e com o asfalto aquecido a temperaturas entre 110 e 130ºC.
São classificados conforme sua viscosidade absoluta:
a. Cura Média ( CM ) ⇒ CM-30, CM-70, CM-250, CM-800 e CM-3000
b. Cura Rápida ( CR ) ⇒ CR-70, CR-250, CR-800 e CR-3000
APLICAÇÕES DOS ASFALTOS DILUÍDOS
Tipo Aplicações
CM-30 Imprimações de superfícies com textura fechada
CM-70 Imprimações de superfícies com textura aberta
CM-250 Misturas solo-betume e areia-asfalto a frio
CR-70 Pintura de ligação sobre superfícies não-absorventes
CR-250 Tratamentos superficiais invertidos e pré-misturados a frio
2.4.6EMULSÕES ASFÁLTICAS
21
As emulsões são dispersões, onde a fase descontínua é o CAP (ou asfalto diluído) e a fase contínua é a água. A fase descontínua é formada por
pequenos glóbulos de asfalto, de 3 a 9 µ de diâmetro, que encontram-se em movimento desordenado em meio à fase contínua da emulsão. É adicionado, em pequenas proporções (0,2 a 1%), um emulsificante, cuja função é evitar a coagulação ou reagrupamento dos glóbulos de asfalto.
Figura 10 Aspectos de Emulsões
A emulsão asfáltica irá converter-se em duas fases distintas, através do processo de ruptura da emulsão, que ocorre na interface da emulsão com os grãos de agregados. O processo de ruptura é auxiliado, também, pela evaporação da água presente na emulsão.
A velocidade de ruptura é influenciada por diversos fatores:
a) tipo e quantidade do emulsificante;
b) quantidade e viscosidade dos asfaltos;
c) superfície específica dos agregados;
d) temperaturas elevadas;
e) temperaturas dos agregados;
f) umidade da superfície de aplicação.
Em função dessa velocidade de ruptura, as emulsões são classificadas como de ruptura rápida (RR), ruptura média (RM) ou ruptura lenta (RL).
22
O quadro abaixo apresenta as emulsões especificadas no Brasil e suas aplicações em obras de pavimentação.
APLICAÇÕES DAS EMULSÕES ASFÁLTICAS
Tipo Aplicações
RR-1C Pintura de ligação, tratamentos superficiais, macadame betuminoso
RR-2C Pintura de ligação, tratamentos superficiais, macadame betuminoso
RM-1C Pintura de ligação, pré-misturados a frio, areia-asfalto
RM-2C Pintura de ligação, pré-misturados a frio, areia-asfalto
RL-1C Pintura de ligação, pré-misturados a frio, areia-asfalto, solo-betume
As emulsões devem ter viscosidade suficientemente baixa para poderem ser pulverizadas sem dificuldades mas, ao mesmo tempo, suficientemente alta a ponto de não escorrerem. Os tipos RR-1C e RM-1C não são recomendáveis para aplicações em áreas com declividade acentuada, pois apresentam menor viscosidade e menor teor de resíduo.
Para a imprimação ligante sobre bases de concreto, a PMSP especifica as emulsões RR-1C ou RR-2C. A norma de recomposição de valas da COMGÁS dá preferência à RR-2C.
A grande vantagem das emulsões é sua utilização a frio e com os agregados úmidos. Quando ocorre a ruptura o ligante torna-se, rapidamente, rígido.
2.4.7ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DO TEOR DE BETUME
Existem vários ensaios para esta finalidade. Abordaremos aqui, apenas o Rotarex, por julgarmos mais adequado às nossas atividades.
2.4.7.1 Rotarex
23
Figura 11 Equipamento Rotarex
São utilizadas pelo menos 2 amostras de 500 g, pesadas antes do ensaio, obtendo-se mi. A amostra da mistura é aquecida convenientemente e colocada na cápsula. O solvente (C Cl4 – tetracloreto de carbono) é colocado pelo parafuso perfurado. Colocando-se a centrífuga em funcionamento, o solvente vai lavando a pedra e saindo pela biqueira. Terminado o solvente, pára-se a máquina e adiciona-se nova quantidade. Repete-se a operação 3 ou 4 vezes, até que o líquido que sai da biqueira esteja totalmente limpo de asfalto. O papel de filtro é queimado, acrescentando-se as cinzas ao resíduo. O agregado limpo é colocado em estufa e depois pesado.Aquecendo-se o tetracloreto de carbono, o vapor eleva-se e é condensado na tampa condensadora e, em forma de gotas (chuva), vai lavando o agregado e retirando o asfalto. O solvente escorre pelo fundo do funil de tela. Observando pelos visores, podemos ver quando o solvente apresenta-se incolor, sinal do término da operação que, dependendo da granulometria e da porcentagem de betume, pode durar de 1 a 3 horas. O agregado é colocado numa cápsula de porcelana e pesado, após secagem em estufa, obtendo-se mf.
O teor de betume é obtido pela seguinte expressão:
Exemplo: Qual o teor de betume de uma amostra, sabendo-se que no ensaio de Rotarex apresentou massa da mistura (agregado + betume) igual a 897 g e massa do agregado 837 g ?
Solução:
∴ B = 6,70 %
24
O teor de ligante asfáltico determinado pelo ensaio de teor de betume deverá estar entre 5 e 7% em peso para as vias de tráfego leve a médio e entre 4,5 a 6,5 % para as demais vias, conforme as duas faixas granulométricas estabelecidas abaixo.
2.4.8ÍNDICES FÍSICOS PARA MISTURAS BETUMINOSAS
2.4.8.1 Componentes da MisturaPara melhor compreensão destes índices físicos, devemos considerar a figura abaixo:
Figura 12 Amostra de Agregado Compactado
Da figura, temos:
VOLUMES MASSAS
Vag Volume ocupado pelo agregado
mag Massa do agregado
Vv Volume de vazios mv Massa dos vazios (≅ 0)
V Volume total m Massa da amostra
2.4.8.1.1 Densidade Real ( D )
2.4.8.1.2 Densidade Aparente das Frações de Agregado ( d )É a relação entre a massa de determinada porção de agregado e seu volume, nas condições de compactação e adensamento consideradas (com os vazios). É, caracteristicamente, a densidade final, obtida após a compactação de corpos-de-prova. Portanto:
2.4.8.1.3 Porcentagem de Vazios das Frações de Agregado ( % V )
25
É a relação entre o volume de vazios e o volume total de uma determinada porção de agregado, nas condições de compactação e adensamento consideradas. Portanto:
Desta forma, uma vez determinadas as densidades, real e aparente, podemos calcular a porcentagem de vazios.
2.4.8.2 Mistura CompactadaA figura abaixo esquematiza os diversos componentes de uma mistura betuminosa compactada.
Figura 13 Distribuição das Misturas Constituintes
2.4.8.2.1 Densidade Máxima Teórica da Mistura ( Dt )
É a densidade da mistura considerada, sem os vazios:
�� = 100
%���
+%���
+%���
+%���
26
Onde:
% A Porcentagem, em peso, do agregado A
DA Densidade real, do agregado A
% B Porcentagem, em peso, do agregado B
DB Densidade real, do agregado B
% f Porcentagem, em peso, do filler Df Densidade real, do agregado filler
% b Porcentagem, em peso, do ligante
Db Densidade real, do betume
Dessa forma, o volume ocupado pelo agregado A, seria dado por:
�� =%���
2.4.8.2.2 Densidade Aparente da Mistura ( d )É a relação entre a massa de determinada porção da mistura compactada e a massa de igual volume de água. Sendo:
ma massa da mistura, ao ar mi massa da mistura, imersa
� = � �
� � −� � 2.4.8.2.3 Porcentagem de Vazios da Mistura ( % V )
É a relação, expressa em porcentagem, entre o volume de vazios existentes na mistura e o volume total. É chamada, também, de “vazios não preenchidos”.
�% =��−���
×100 2.4.8.2.4 Vazios Cheios de Betume ( V.C.B. )É a relação, expressa em porcentagem, entre o volume ocupado pelo ligante e o volume total. É chamada, também, de “vazios não preenchidos”.
��� = ����
×100 =
� ���ൗൗ
� ��ൗൗ
×100% =� �
� ����
×100% =� ×(%�)
��
27
Assim, o V.C.B. pode ser calculado, conhecendo-se as densidades e o teor de betume.
2.4.8.2.5 Vazios do Agregado Mineral ( V.A.M. )É a soma da porcentagem dos vazios da mistura ( % V ) com o volume ocupado pelo betume ( % V.C.B. ), expressa em porcentagem do volume total.
V.A.M. = V + V.C.B.
Deve-se manter um mínimo de vazios não preenchidos, porque a mistura sofrerá uma posterior compactação pelo tráfego. Se todos os vazios estiverem preenchidos, haverá exudação de betume, tornando a pista sujeita a deformações plásticas acentuadas, afetando a estabilidade.
2.4.8.2.6 Relação Betume x Vazios ( R.B.V. )É também chamada “vazios preenchidos”.
%��� =���
���×100%
2.4.8.2.7 Fluência ou Deformação Plástica
É a deformação que um corpo-de-prova pode sofrer antes do rompimento. No Ensaio Marshall (visto adiante), a fluência é medida em 0,01” (centésimo de polegada). Abaixo, gráfico que mostra a variação da fluência com a variação do teor de betume. Podemos verificar que à medida que o teor de betume aumenta, a fluência tende a valores elevados.
Figura 14 Grafico de Fluência
28
2.4.9ENSAIO MARSHALL (MÉTODO DO U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS)Este ensaio foi adotado pelos engenheiros do exército americano, durante a 2a Guerra Mundial, para determinar, de uma forma simples, as características dos pavimentos betuminosos das pistas de aeroportos, construídos nas frentes-de-batalha e destinados a receber enormes cargas dos aviões e veículos militares.
Foram construídas inúmeras pistas experimentais, variando-se a granulometria dos agregados e a quantidade de asfalto. Para que fosse determinado o efeito da compactação do próprio tráfego, foram aplicados trens-tipos, um grande número de vezes. A utilização deste ensaio, foi limitada às misturas betuminosas a quente, com cimentos asfálticos de penetração usual e agregados com diâmetro máximo de 1” (25,4 mm); estabeleceu-se, também por verificação, por haver equilíbrio entre a estabilidade e a durabilidade, que os vazios correspondentes ao ar, na mistura total, seriam limitados entre 3 e 5 %. Os vazios dos agregados, preenchidos com asfalto, seriam limitados entre 75 e 85 %.
O ensaio consiste da colocação do corpo-de-prova no interior de um molde de aço, onde um soquete, também de aço, cai de uma altura-padrão. Os corpos-de-prova cilíndricos são preparados aquecendo-se, separadamente, o agregado e o asfalto, até a temperatura especificada; devem ser feitos com vários teores de asfalto, para possibilitar a determinação do teor ótimo de asfalto. A mistura é colocada no molde aquecido e compactada com 50 golpes em cada face do corpo-de-prova.
Soquete Corpo-de-ProvaPeso: 4,54 kg ( 10 lb ) Diâmetro: 10,16 cm ( 4” )Altura: 45,72 cm ( 18” ) Altura: 6,35 cm ( 2 ½” )Antes do ensaio de estabilidade, os corpos-de-prova são pesados, primeiramente no ar e, então, submersos em água. Para que se tenha esse resultado, os volumes dos corpos-de-prova são determinados previamente.
29
Os corpos-de-prova são, então, colocados em banho-maria, a 60ºC (140ºF), por 20 ou 30 minutos. Imediatamente após a retirada do banho-maria, são levados à prensa do aparelho de Marshall, aplicando-se a carga, continuamente, ao longo da superfície do cilindro, a uma velocidade média de 50,8 mm/min (2” por minuto), até o rompimento. A carga máxima, que leva ao rompimento, em kg, é o valor da estabilidade de Marshall.
A deformação sofrida pelo corpo-de-prova durante a aplicação da carga, até o seu valor máximo, é o que entende-se por fluência. É medida em 0,01” (um centésimo de polegada) ou 0,254 mm.
Pode-se determinar, para cada teor de asfalto, a porcentagem de vazios da mistura total e a porcentagem de vazios não-preenchidos.
Dos dados obtidos e calculados, é possível traçar os seguintes gráficos, em relação à porcentagem de asfalto: Densidade, Estabilidade, Fluência, Porcentagem de Vazios Não-Preenchidos, Porcentagem de Vazios Preenchidos. Para facilitar a determinação do teor ótimo de asfalto, é interessante alinharmos verticalmente os gráficos, como mostra a figura abaixo. Este teor deve satisfazer às seguintes condições: os pontos de máxima densidade e máxima estabilidade; na curva de vazios não-preenchidos, o ponto correspondente a 4%; na de vazios preenchidos, o ponto correspondente a 80%. A média de porcentagem de asfalto é determinada desses 4 valores. Se esse teor conduzir a uma mistura que satisfaça o mínimo de estabilidade, será adotado como teor ótimo de asfalto. Caso contrário, podem ser feitos pequenos ajustes na porcentagem de asfalto, até que o valor de estabilidade seja atingido. Não sendo possível atingirmos este valor, será necessário ensaiar outra mistura.
30
Figura 15 – Grafico resultados do Ensaio Marshall
3 CONCLUSÕES
Dentro da bibliografia pesquisada pode-se verificar que o Concreto Asfaltico, cuja forma mais comun é o CBUQ, (concreto asfaltico usinado à quente) é um doa mais importantes matérias no segmento de obras de pavimentação.
A pavimentação é também a maior aplicação do Concreto Asfaltico. O pavimento pode ser entendido como um estrutura de camadas formada por sucessivas camadas de cimento asfáltico e agregados, cujo principal objetivo é suportar os esforços provocados por veículos em movimento.
Sendo que a rodovias são o principal modal de transporte no Brasil é fácil entender que o concreto asfaltico tem um papel crucial em nossa economia, quer seja na implantação de novas rodovias, bem como na manutenção das existentes. Importante papel também temos na pavimentação urbana, um
31
elemento cada vez mais focado pelas administrações municipais, que muitas vezes têm sua avaliação popular prejudica, pela má conversação das vias publicas de uma determinada região.
O CBUQ é construído das seguintes camadas:
a) Camada de Rolamento: recebe diretamente a ação do tráfego; a mistura deverá apresentar estabilidade e flexibilidade compatíveis com o funcionamento elástico da estrutura e condições de rugosidade que proporcionem segurança ao tráfego, mesmo sob condições adversas.
b) Camada de Ligação ( “Binder” ): situa-se logo abaixo da camada de rolamento, apresentando em relação a esta, diferenças de comportamento decorrentes do emprego de agregados de maior diâmetro máximo, maior porcentagem de vazios e menor teor de ligante.
c) Camada de Nivelamento ( “Reperfilagem” ): executada com massa asfáltica de graduação fina, serve para corrigir deformações na superfície de um revestimento antigo e selar as fissuras existentes.
Quanto aos agregados temos:
a) Agregado miúdo: é o material que passa na peneira no 4 (4,8 mm) e é retido na peneira no 200 (0,074 mm).
b) Agregado graúdo é o material que fica retido na peneira no 4.
c) Filler ou material de enchimento é o material que passa na peneira no
200.
d) Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) , como definido anteriormente. Para concreto asfáltico utiliza-se o CAP-20.
32
Figura 16- Visão em Corte do Concreto Asfaltico
Ainda quanto ao pavimento temos as seguintes camadas, subleito, reforço do subleito, sub-base, Base e Revestimento. O uso mais comum para o concreto asfaltico é como revestimento. Outros matéria spodem ser utilizados, inclusive o concreto obtido a partir do cimento portland.
33
A fim de que se tenha um pavimento bem estável é importante o controle dos seu materiais, em particular da granulametria dos agregados e da compsiçaõe propriedades físicas do cimento asfaltico (betume). Orgãos como DNIT, DER e a PMSP possuem especificações próprias adequadas ao tipo de obra em que atuam.
Imprimaçãoes são camdas de emeulsões (betume diluído em querosene, gasolina ou diesel, aplicado enter camadas não betuminosas de formar a agregar mais estas camadas.
34
4 BIBLIOGRAFIA
1. Companhia de Gás de São Paulo Comgás -. Manual de Abrtura e Recomposiçãod e Pavimentos. São Paulo,2008
2. Departamento de Estradas e Rodagem de São Paulo – Diretoria de Engenharia – Concreto Asfaltico – Especificação Técnica - ET-DE-P00/027 – São Paulo - 2005
3. Departamento de Estradas e Rodagem de São Paulo – Diretoria de Engenharia – Concreto Asfaltico Tipo SMA– Especificação Técnica - ET-DE-P00/031- São Paulo - 2007
4. Liedi Bariani Bernucci; Laura Maria Goretti da Motta; Jorge Augusto Pereira Ceratti, Jorge Barbosa Soares - Pavimentação asfáltica - Formação básica para engenheiros - Petrobras Distribuidora - Abeda – Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Rio de Janeiro, 2008
5. Pereira, Deividi da Silva – Materiais para Infra Estrutura de Transportes – Notas de Aula – Santa Maria 2008
6. Departamento nacional de Infraestrutura de Transporte DNIT – Diretoria de Pesquisa e Desenvolvimento – Manual de Pavimentação – Rio de Janeiro 2006.
7. De Senco, Wlastermiler - Manual de Técnicas de Pavimentação – Citado em 5.
8. Balbo, José Tadeu - PTR – 453 - Construção e Pavimentação Nota de Aula – São Paulo 1997.
35