ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

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TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO MATERIAIS BETUMINOSOS/1 4 . MATERIAIS BETUMINOSOS 4.1 INTRODUÇÃO - “ASPHALTU” ou “SPHALLO” ESPARRAMAR AGLUTINANTE - FIRME - ESTÁVEL - SEGURO ORIGEM - Natureza orgânica - Ação de bactérias anaeróbicas sobre os organismos do plancton marinho - Ação combinada de pressão e temperatura - Resultam hidrocarboneto Um dos mais antigos materiais de construção utilizados pelo homem. REGISTROS HISTÓRICOS - Impermeabilizante – Mesopotâmia, Grécia, Roma - Citações Bíblicas – “Arca de Noé” - Mumificação – Egito - Bolas de fogo – Grécia - Aglutinante – Mesopotâmia, Incas, Roma BETUME - Elemento aglutinante ativo - Mistura de hidrocarbonetos pesado - Solúveis em bissulfato de carbono - Capacidade de aglutina agregados 4.2 CLASSIFICAÇÃO ASFALTO NATURAL CIMENTO ASFÁLTICO PETRÓLEO ASFALTO DILUÍDO EMULSÃO ASFÁLTICA ASFALTOS MODIFICADOS ALCATRÃO

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Page 1: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/1

4 . MATERIAIS BETUMINOSOS 4.1 INTRODUÇÃO

- “ASPHALTU” ou “SPHALLO” → ESPARRAMAR

→ AGLUTINANTE - FIRME

- ESTÁVEL - SEGURO

• ORIGEM

- Natureza orgânica

- Ação de bactérias anaeróbicas sobre os organismos do plancton marinho

- Ação combinada de pressão e temperatura

- Resultam hidrocarboneto

• Um dos mais antigos materiais de construção utilizados pelo homem.

• REGISTROS HISTÓRICOS

- Impermeabilizante – Mesopotâmia, Grécia, Roma

- Citações Bíblicas – “Arca de Noé”

- Mumificação – Egito

- Bolas de fogo – Grécia

- Aglutinante – Mesopotâmia, Incas, Roma

• BETUME

- Elemento aglutinante ativo

- Mistura de hidrocarbonetos pesado

- Solúveis em bissulfato de carbono

- Capacidade de aglutina agregados

4.2 CLASSIFICAÇÃO

ASFALTO

→ NATURAL

• CIMENTO ASFÁLTICO

→ PETRÓLEO • ASFALTO DILUÍDO

• EMULSÃO ASFÁLTICA

• ASFALTOS MODIFICADOS

ALCATRÃO

Page 2: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/2

Page 3: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/3

4.2.1 ALCATRÕES

• Destilação do carvão

• Na fabricação do gás e coque

• Diferenças com asfalto:

- Maior adesividade

- Menor susceptibilidade técnica

- Menor estabilidade

- Mais rápido o envelhecimento

4.2.2 ASFALTOS

• Consistência variável

• Cor parda escura ou negra

• Proveniente de jazidas ou do refino do petróleo

• Principal constituinte: betume

• Finalidade:

- Aglutinante

- Impermeabilizante

- Flexibilidade

- Trabalhabilidade

- Economia

4.2.3 ASFALTOS NATURAIS

• Óleos de petróleo que afloram na superfície terrestre e que pela ação do sol e do vento

são destilados naturalmente

• Lagos de asfalto (Trinidad, Bermudas)

• Rochas asfálticas (calcáreos betuminosos)

• Impurezas minerais (areias betuminosas)

4.2.4 ASFALTOS DE PETRÓLEO

• Destilação fracionada do petróleo

• Isentos de matéria mineral

• Quantidade de asfalto no petróleo: 10 a 70%

• Processo de refinação depende:

− Tipo de petróleo

− Rendimento em asfalto

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TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/4

ORIGEM DO PETRÓLEO DENSIDADE RESÍDUO DE BETUME

BOSCAN

BACHAQUERO

ÁRABE (médio)

ÁRABE (leve)

1,005

0,975

0,891

0,858

79%

49%

34%

19%

• PROCESSO DE OBTENÇÃO

− Vaporização

− Condensação

− Fracionamento

− Destilação à Vácuo

TIPO DE PETRÓLEO TIPO DE DESTILAÇÃO

Pesado

Médio

Leve

A Vácuo

Pressão Atmosférica + A Vácuo

Pressão Atmosférica + Vácuo + Extração Final

Page 5: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/5

Page 6: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/6

Page 7: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/7

4.3 CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO (CAP)

4.3.1 CONSTITUIÇÃO FÍSICO - QUÍMICA

• Hidrocarbonetos → Naftênicas aromáticas

→ Parafínicos

• Fracionamento (Éter ou Heptano) – Fase:

− Dispersa (Insolúvel) → ASFALTENOS

− Disperante (Solúvel) → MALTENOS

• ASFALTENOS (5 a 30%)

− Sólidos / Friáveis

− Cor negra

− Alto peso molecular (Fração A)

• MALTENOS (Superior a 70%)

− Líquidos / Viscosos

− Cor marrom escura

− Composição complexa → Resinas – Fração N

→ Óleos – Fração Al, All, e P

Page 8: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/8

4.3.2 CAP = DISPERSÃO COLOIDAL

• Propriedades dependem → Dispersão dos asfaltenos

→ Relações caloidais com o meio de dispersão

• Proporção asfalteno / malteno dependem

− Idade

− Oxidação

− Temperatura

− Tipo de agregado

− Teor de asfalto

• ENVELHECIMENTO → Evaporação + Oxidação

Resinas → Asfaltenos

Óleos → Resinas

• Não há descontinuidade entre asfalteno e malteno devido a formação da MICELA

ASFÁLTICA.

• Asfaltenos absorvem as resinas dos maltenos

• Transição contínua entre o meio de dispersão e o núcleo do asfalteno.

FASE DISPERSA (MICELAS)

FASE CONTÍNUA (FASE INTERMICELAR)

BETUME

(COLÓIDE) =

ASFALTENOS

+

HIDROCARBONETOS

DE ALTO PESO

MOLECULAR DA

FRAÇÃO MALTENOS

+

HIDROCARBONETOS

DE PESO MOLECULAR

MAIS BAIXO DA

FRAÇÃO MALTENOS

COMPOSIÇÃO DO BETUME 4.3.3 COMPORTAMENTO REOLÓGICO

• REOLOGIA: estudo das relações tensão x deformação

Page 9: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/9

• ASFALTO - comportamento visco x elástico

- módulo de rigidez depende − Modo de aplicação da carga

− Da duração

− Temperatura

− Constituição físico-química

• COMPORTAMENTO ELÁSTICO – deformações são recuperáveis ao cessar a aplicação

do esforço

• COMPORTAMENTO VISCOSO – deformações aumentam continuamente com a ação de

um esforço externo.

4.3.4 ENSAIOS / PROPRIEDADES DO CAP

(A) PENETRAÇÃO

- Avalia a consistência do asfalto, que é a resistência a fluir dependente do temperatura

(estado de fluidez).

- Ensaio: medida de penetração em mm de agulha padronizada (100g) em recipiente

padronizado (300cm2) após 5 seg. a 25°C (Penetrômetro)

- Quanto ↑ Penetração ⇒ ↑ Mole

pen.< 20 → asfalto quebradiço

pen. > 50 → clima + frio

- Classificação EB-78 : CAP-30/45

CAP-50/60

CAP-85/100

CAP-150/200

Page 10: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/10

Page 11: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/11

(B) VISCOSIDADE

- Avalia a consistência de maneira mais precisa (várias temperaturas)

(B.1) VISCOSIDADE SAYBOLT - FUROL

- Ensaio: medida em segundos para asfalto fluir em um determinado orifício (Furol) a

uma determinada temperatura (177°C, 135°C, 60°C) e preencher um frasco de

60cm3 (Viscosímetro)

- Quanto ↑ Viscosidade ⇒ ↑ Duro (denso)

- Viscosidade baixa → temperaturas de trabalho mais baixas e melhor para mistura

com agregados

- Viscosidade alta → exsudação e problemas com fadiga da mistura

- Temperaturas de Trabalho (Misturas Asfálticas)

Page 12: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/12

log VSSF

Mistura naUsina

T (oC)T1 T2 T3 T4

Compactação155

125

95

75

TE TCAP

140±15

80±10s

- Temperatura aquecimento CAP

2T+T

=T 43CAP

- Temperatura aquecimento dos agregados

TAG = TCAP+13

- Temperatura de espalhamento da mistura asfáltica

2T+T

=T 21E

(B.2) VISCOSIDADE ABSOLUTA

- Ensaio: Tempo para determinado volume de asfalto fluir numa certa altura em um

tubo capilar pela ação de vácuo (60°C).

- 1 poise = 1 g/cm.s

- Classificação CNP 21/86

CAP 7 (700 poises)

CAP 20 (2000 poises)

CAP 55 (5500 poises)

Page 13: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/13

(C) DUTIBILIDADE

- Propriedade de alongar sem romper → poder cimentante

- Ensaio: 1cm2 / imerso / alongado até rompimento. Medida em cm antes do rompimento

- Dutibilidade alta → suscetibilidade à temperatura

- Dutibilidade baixa → asfaltos deteriorados ou oxidados

Page 14: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/14

(D) PONTO DE AMOLECIMENTO

- Asfalto não tem ponto de fusão porém pode amolecer excessivamente

- Temperatura de amolecimento para evitar aceitação de asfaltos muito moles

- Conseqüência → Desagregação / Exsudação

→ Deformações permanentes

- Método do Anel e Bola (Ensaio)

(E) PONTO DE FULGOR

- Máxima temperatura de manejo sem perigo de fogo (segurança)

- Ensaio: Aquecimento e exposição à chama até quando vapores provocam o lampejo

chama (temperatura de ponto de fulgor)

-

Page 15: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/15

(F) SOLUBILIDADE

- Teor de betume no asfalto (% material insolúvel) → grau de pureza

- Grau de solubilidade em tricloroetileno

(G) EFEITO DO CALOR E DO AR

- Perda das características asfálticas pela ação conjunta do calor e do ar

- Ensaio: Estufa a 163°C / 5 horas → Mudança das características

• Perda de penetração

• Acréscimo da viscosidade

• Perda de dutibilidade

(H) ÍNDICE DE SUSCETIBILIDADE TÉRMICA

- IP = Índice de Penetração ( Pfeiffer e Van Doomall)

- IP = f (penetração, temperatura de amolecimento)

- Influência da temperatura na consistência

-

-2 ≤ IP < 1 ⇒ Comportamento Visco Elástico

↓ ↓

Baixa suscetibilidade Alta suscetibilidade

Asfaltos quebradiços a baixas temperaturas

Asfaltos oxidados e duros

Comportamento elástico

Comportamento viscoso

Page 16: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/16

4.3.5 CLASSIFICAÇÃO

EB-78 (81)

PENETRAÇÃO

CNP 21/86

VISCOSIDADE ABSOLUTA

CAP 30-45

CAP 50-60

CAP 85-100

CAP 150-200

CAP 55

CAP 20

CAP 7

Page 17: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/17

Page 18: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/18

Page 19: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/19

AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEOGÁS NATURAL E BIOCOMBUSTÍVEIS

RESOLUÇÃO Nº 19, DE 11 DE JULHO DE 2005

Os cimentos Asfálticos de Petróleo especificados no presente Regulamentos Técnico deverãopossuir as características expressas na Tabela 1 anexa, cuja classificação é conforme a penetração.

TABELA 1 - Especificações dos Cimentos Asfákticos de Petróleo (CAP) - Classificação por Penetração.

CAP 30-45

CAP 50-70

CAP 85-100

CAP 150-200

ABNT ASTM

Penetração (100 g, 5s, 25ºC)

dmm 30-45 50-70 85-100 150-200 NBR 6756 D 5

Ponto de amolecimento ºC 52 mín 46 mín 43 mín 37 mín NBR 6560 D 36

s192 mín 203 mín 40-150

141 mín 50 mín 30-150

110 mín 43 mín 15-60

80 mín 36 mín 15-60

NBR 5847 E102

cP374 mín 203mín 76-285

274 mín 112 mín 57-285

214 mín 97 mín 28-114

155 mín 81 mín 28-114

D 4402

Índice de Suscetibilidade Térmica

(-1,5) a (+0,7)

(-1,5) a (+0,7)

(-1,5) a (+0,7)

(-1,5) a (+0,7)

Ponto de fulgor ºC 235 mín 235 mín 235 mín 235 mín NBR 11341 D 92Solubilidade em

tricloroetileno%m/m 99,5 mín 99,5 mín 99,5 mín 99,5 mín NBR 14855 D 2042

Variação em massa %m/m 0,5 máx 0,5 máx 0,5 máx 0,5 máx D 2872Ductilidade a 25ºC cm 10 mín 20 mín 50 mín 50 mín NBR 9263 D 113

Aumento do Ponto de Amolecimento

ºC 8 máx 8 máx 8 máx 8 máx NBR 6560 D 36

Penetração retida % 60 mín 55 mín 55 mín 50 mín NBR 6576 D 5

Efeito do calor e do ar (RTFOT) a 163ºC, 85 mín

Viscosidade Saybolt-Furol -a 135ºC

-a150ºC -a 177ºC

Viscosidade Brookfield -a 135º C -a 150ºC -a177ºC

UnidadeValores Métodos

Características

Page 20: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/20

4.3.6 APLICAÇÕES

Misturas à quente

(CAP 7 e CAP 20)

Pré-misturado à quente (PMQ)

Areia asfalto (AA)

Concreto Betuminoso Usinado à Quente (CBUQ)

- Tratamento superficial – CAP 7

- Macadame Betuminoso – CAP 7

Page 21: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/21

4.4 ASFALTOS DILUÍDOS

- Asfaltos recortados ou Cut-backs

- Resultam da diluição do CAP por destilados leves de petróleo

- Obtenção (produção)

DILUENTE

CAP

ASFALTO DILUÍDO

Mistura por agitação

110-130°C

Page 22: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/22

- Diluentes ou solventes são produtos menos viscosos que permitem a aplicação em

temperaturas mais baixas, reduzindo a necessidade de aquecimento demorado.

- Após a aplicação os diluentes se evaporam e remanesce um filme de ligante com

qualidades do asfalto (resíduo)

Tempo de cura ou Consistência

Tipo de solvente Quantidade de solvente

depende Condições de campo (temperatura, umidade)

- CLASSIFICAÇÃO = f (natureza do solvente)

- CR – cura rápida → diluente: nafta na faixa da gasolina

CAP – 52 a 86%

Diluente – 48 a 14%

• CR-70; CR-250; CR-800 e CR-3000

- CM – cura média → diluente: querosene

• CM-30, 70, 250, 800, 3000

- CL – cura lenta → diluente: óleos combustíveis → não há no Brasil

Page 23: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/23

4.5 EMULSÕES

- Constituídos por cimento asfáltico, finamente dividido em gotículas quase que

microscópicas, dispersas (emulsionadas) em meio de água (fase aquosa) contendo um

agente emulsificante.

- Dispersão Fase asfáltica (dispersa) ≅ 55%

Fase aquosa (dispersante ou contínua)

4.5.1 FUNÇÕES DO EMULSIFICANTE 1. Diminui a tensão interfacial entre as fases asfáltica e aquosa, evitando a coagulação ou

reagrupamento de gotículas.

2. Estabiliza a emulsão protegendo os glóbulos por carga ionizada periférica, que provoca

repulsão entre os glóbulos.

3. Permite a ruptura ou separação entre as duas fases quando em contato com um agregado e

ainda provoca uma boa adesão ligante - agregado

- RUPTURA → Glóbulos de asfalto em contato com agregado mineral sofrem uma

ionização por parte deste, dando origem a um composto insolúvel em água que se

precipita sobre o material.

ASFALTO SOLVENTE ÁCIDO EMULSÃO ÁGUA SOLVENTE

FASE LIGANTE

FASE AQUOSA

MOINHO COLOIDAL

EMULSÃO

ENERGIA MECÂNICA

Aquec. 100°

Page 24: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/24

4.5.2 TIPOS DE EMULSÕES

1. CATIÔNICAS: Emulsificante → sais de amina

Partículas eletrizadas carregadas positivamente.

1º) adsorsão do emulsificante → agente adesivo

2º) evaporação

Agregados de qualquer natureza, porém excelente adesividade nos agregados de natureza

sílica – ácida.

2. ANIÔNICAS: Emulsificante → sabões

Mais adequadas aos agregados de natureza básica (alcalinos)

4.5.3 PROPRIEDADES

• Utilização à frio e agregados úmidos

• Estáveis à estocagem

• Velocidade de ruptura (tipo de emulsificante e teor de emulsificante)

4.5.4 TIPOS / APLICAÇÕES

• RR (1C e 2C) → Impermeabilização, tratamentos superficiais

• RM (1C e 2C) → Pinturas, PMF

• RL (1C) → Com agregado miúdos

• LA → Lama asfáltica

Page 25: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/25

Page 26: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/26

Page 27: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/27

MATERIAIS BETUMINOSOS / 72

BENEFÍCIOS

� Melhor desempenho à fadiga

� Maior resistência a deformação permanente e a trincas térmicas

POLÍMEROS DISPONÍVEIS

� SBS

� SBR� EVA

� Borracha moída de pneus

MATERIAIS BETUMINOSOSASFALTOS MODIFICADOS COM POLÍMEROS

MATERIAIS BETUMINOSOS / 73

IMPRIMAÇÃO

� Definição

– Aplicação de uma camada de material asfáltico sobre a superfície de uma base concluída antes da execução de um revestimento qualquer

� Finalidades– aumentar a coesão da superfície

– impermeabilizar a base

– promover condições de aderência entre a base e o revestimento

MATERIAIS BETUMINOSOS

PINTURAS ASFÁLTICAS

MATERIAIS BETUMINOSOS / 74

IMPRIMAÇÃO

� Tipos de asfaltos utilizados

– Asfaltos diluídos de baixa viscosidade – CM-30 ou CM-70

� Equipamentos– Vassouras mecânicas ou manuais

– Caminhão espargidor de material asfáltico

MATERIAIS BETUMINOSOS

PINTURAS ASFÁLTICAS

Page 28: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/28

MATERIAIS BETUMINOSOS / 75

IMPRIMAÇÃO

� Execução

– Limpeza (varredura)

– Aplicação • Aquecimento (20 a 60 SSF)• Taxa de 0,8 a 1,2 l / m2

– Cura

– Proteção

MATERIAIS BETUMINOSOS

PINTURAS ASFÁLTICAS

MATERIAIS BETUMINOSOS / 76

PINTURA DE LIGAÇÃO

� Definição

– Aplicação de uma camada de material asfáltico sobre revestimentos antigos, pinturas antigas e bases estabilizadas com aditivos.

� Finalidades– promover condições de aderência entre a base e o

revestimento

MATERIAIS BETUMINOSOS

PINTURAS ASFÁLTICAS

MATERIAIS BETUMINOSOS / 77

PINTURA DE LIGAÇÃO

� Tipos de asfaltos mais utilizados

– Emulsões asfálticas de ruptura rápida – RR – 1C e RR – 2C

� Equipamentos– Vassouras mecânicas ou manuais

– Caminhão espargidor de material asfáltico

MATERIAIS BETUMINOSOS

PINTURAS ASFÁLTICAS

Page 29: Ensaios técnicos de materiais betuminosos e agregados

TT 402 TRANSPORTES B - PAVIMENTAÇÃO

MATERIAIS BETUMINOSOS/29

MATERIAIS BETUMINOSOS / 78

PINTURA DE LIGAÇÃO

� Execução

– Limpeza (varredura)

– Aplicação

• Taxa de 0,5 a 1,0 l / m2

– Ruptura e Cura (1 a 2 horas)

– Proteção

MATERIAIS BETUMINOSOS

PINTURAS ASFÁLTICAS