1

ASFALTO

1. Definições:Asfalto: Material de consistência variável, cor pardo-escura, ou negra, e no qual o constituinte predominante é o BETUME, podendo ocorrer na natureza em jazidas ou ser obtido pela refinação do Petróleo, como é o caso no Brasil.Betume: Mistura de hidrocarbonetos obtidos em estado natural ou por diferentes processos físicos ou químicos, encontrados frequentemente acompanhados por derivados não metálicos e sempre completamente solúveis no bissulfeto de carbono. Em geral, o termo betume engloba asfaltos e alcatrões.As primeiras aplicações de asfalto para fins de pavimentação foram feitas na França (1802), Estados Unidos (1838) e Inglaterra (1869). O emprego de asfalto derivado do petróleo iniciou-se a partir de 1909. A produção de asfalto no Brasil iniciou-se em 1944, na refinaria Ipiranga, com petróleo importado geralmente da Venezuela.As principais propriedades que resultaram na preferência pelos pavimentes betuminosos, podem assim ser resumidas:

adesividade entre o betume e os agregados; impermeabilidade; durabilidade das misturas e manutenção das propriedades do betume por

muitos anos; preço competitivo e vantajoso em relação a outros materiais utilizados em

pavimentação, principalmente na capa de rolamento.

2. Aplicações: a) Cimentos Asfálticos (CAP);b) Asfaltos Diluídos (AD);c) Emulsões Asfálticas (EA);d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros);

2.1. Cimento Asfáltico do Petróleo (CAP)A Especificação Brasileira EB -78 do Instituto Brasileiro de Petróleo e da Associação Brasileira de Normas Técnicas, IBP/ABNT-EB-7S, que tem o título Cimentos Asfálticos Preparados de Petróleo, assim o define: Cimento asfáltico de petróleo é o asfalto obtido especialmente para apresentar as qualidades e consistências próprias para o uso direto na construção de pavimentos, tendo uma penetração a 25° C entre 5 e 300 de dmm (décimos de milímetro-10 -1) sob uma carga de 100 g, aplicada durante 5 segundos.

Obtenção 1- Bombeamento do tanque, aquecimento, entrada na torre de destilação onde éparcialmente vaporizado.2- As frações mais leves vaporizam e sobem na torre. No topo, após separação forma-se a gasolina e o gás liquefeito de petróleo (GLP). A queda de temperatura ao longo da torre provoca condensação, sendo retirados lateralmente, neste ponto, produtos especificados (querosene, óleo diesel).3- As frações mais pesadas, ainda em estado líquido, vão para o fundo, sendo novamente aquecidas para entrada na torre de funcionamento à vácuo.4- Na torre de destilação à vácuo a temperatura e o vácuo são controlados de modo a permitirem o ajuste da consistência desse resíduo, obtendo-se assim o asfalto.

2

Classificação No ensaio penetração se a agulha penetrar menos de 10 dmm o asfalto é considerado sólido. Se penetrar mais de 10 dmm é considerado semi-sólido.A Resolução ANP Nº 19, de 11 de julho de 2005 estabeleceu as novas Especificações Brasileiras dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) definindo que a classificação dos asfaltos se dará exclusivamente pela Penetração. Os quatro tipos disponíveis comercialmente são os seguintes:

CAP 30/45; CAP 50/70; CAP 85/100 e CAP 150/200O par de vapores significa os limites inferior e superior permitidos para a Penetração, medida em décimos de milímetro.Aplicação Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico deve-se usar: CAP 30/45, 50/70 e 85/100. Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso deve-se usar CAP 150/200.Restrições Não podem ser usados acima de 177° C, para evitar possível craqueamento térmico do ligante. Também não devem ser aplicados em dias de chuva, em temperaturas inferiores a 10° C e sobre superfícies molhadas.Especificações A seguir são mostradas as especificações atuais para os cimentos asfálticos produzidos no Brasil segundo a classificação por penetração.

3

(*cP – centi Poises)

2.2. Asfaltos diluídos de Petróleo (ADP)

São asfaltos que resultam da diluição de um cimento asfáltico de petróleo por destilados leves de petróleo, em frações que se aproximam da nafta, do querosene e do diesel, com o objetivo de reduzir temporariamente sua viscosidade, facilitando sua aplicação, geralmente exigindo temperaturas menores que a do cimento asfáltico nessa aplicação.

Obtenção Os asfaltos diluídos são obtidos por meio de um devido proporcionamento entre CAP e diluente, feita em um misturador específico, seguindo o seguinte esquema:

4

ClassificaçãoDurante a aplicação, há um período de evaporação do diluente que é chamado de “Cura”. Após esse tempo, o produto final volta a ter consistência inicial de um CAP, ou seja, semissólido. De acordo com a cura, podem ser classificados em:CR Cura Rápida Solvente: GasolinaCM Cura Média Solvente: QueroseneCada categoria apresenta vários tipos com diferentes valores viscosidade cinemática (unidade de medida da viscosidade cinemática é o centstoke – 1 stokes=100 centistokes=1 cm²/s=0,0001 m²/s), determinadas em função da quantidade de diluente:CR-70; CR-250; CR-800; CR-3000CM-30; CM-70; CM-250; CM-800; CM-3000Os CR e CM de mesmo número tem a mesma viscosidade numa determinada temperatura. Por exemplo, um CR-800 tem a mesma viscosidade a 60° C que o CM-800 a 60° C, embora os tempos de cura sejam diferentes.As quantidades de asfaltos e diluentes nos asfaltos diluídos são, em média, as seguintes:

Aplicação:Em pavimentação, os asfaltos diluídos têm vasta aplicação. As

imprimaduras, dada a necessidade de total cobertura da superfície imprimada e de contar com alguma ação do material betuminoso, mesmo na temperatura ambiente, são executadas com sucesso com asfalto diluído.

5

O serviço de imprimação impermeabilizante tem o objetivo de dar maior coesão superficial e uma proteção na base do pavimento, obtendo tempo de cura de no mínimo 24 horas.

Serviços de imprimação Também chamada de Imprimadura ou Prime-Coat. Consiste na aplicação de uma camada de material asfáltico sobre a superfície de uma base concluída, antes da execução de um revestimento asfáltico qualquer. (DNER - ESP.14/71).

a) Funções da imprimaçãoa) Promover condições de ligação e aderência entre a base e o revestimento.b) Impermeabilização da base.c) Aumentar a coesão da superfície da base pela penetração do material asfáltico (de 0,5 a 1,0cm).

b) Tipos de asfaltos utilizados na imprimaçãoSão utilizados asfaltos diluídos de baixa viscosidade, afim de permitir a penetração do ligante nos vazios da base.São indicados os asfaltos diluídos (ADP) tipo CM-30 e CM-70.c) - Execução da imprimação

Varredura da pistaSão utilizadas vassouras mecânicas rotativas ou vassouras comuns, quando a operação é feita normalmente, com finalidade de fazer a limpeza da pista retirando os materiais finos que ocupam os vazios do solo.Também pode ser usado o jato de ar comprimido.Quando a base estiver muito seca e poeirenta pode-se umedecer ligeiramente antes da distribuição do ligante.

Aplicação do asfalto

Feita por meio do caminhão espargidor de asfalto; A quantidade de material aplicado é da ordem de 0,7 a 1,0 l/m²; A temperatura de aplicação do material betuminoso é fixada para cada

tipo de ligante em função da viscosidade desejada. As faixas de viscosidade recomendadas são de 20 a 60 segundos Saybolt

Furol. Deve-se evitar a formação de poças de ligantes na superfície da base pois

o excesso de ligante retardará a cura do asfalto prejudicando ao revestimento.

Nos locais onde houver falha de imprimação o revestimento tenderá a se deslocar.

Antes do início da distribuição do material betuminoso os bicos devem ser checados e verificar se todos estão abertos e funcionando.

EMULSÕES ASFÁLTICAS

Chama-se emulsão à mistura de dois constituintes não-miscíveis entre si que, entretanto, constituem fases separadas. No caso da emulsão asfáltica os dois líquidos são o asfalto e a água.

6

É um sistema constituído pela dispersão de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta) ou de uma fase aquosa em uma fase asfáltica (inversa): CAP + Água + Agente Emulsivo.

Em termos práticos, as emulsões vieram atenderá expectativa de poder dissolver os asfaltos com água num processo desenvolvido inteiramente a frio.

a) ObtençãoA Figura 2.130 mostra as principais fases da produção das emulsões, onde

se observam distintamente as duas fases: a primeira, onde água, ácido e emulsificante compõem a fase aquosa, e a segunda, onde entra o asfalto. Ambas as fases encontram-se no moinho onde o asfalto é triturado, resultando finalmente a emulsão.

Óleo e água podem formar emulsão, porém se separam rapidamente quando cessa a agitação. As emulsões estáveis têm o emulsificante, que previne ou retarda a separação das fases.

O agente emulsificante tem a função de diminuir a tensão interfacial entre as fases asfáltica e aquosa, evitando que ocorra a decantação do asfalto na água. A quantidade de emulsificante varia de 0,2 a 1%.

A quantidade de asfalto é da ordem de 60 a 70%.

RUPTURA Quando a emulsão entra em contato com o agregado pétreo, inicia-se o processo de ruptura da emulsão que é a separação do CAP e da água, o que permite o recobrimento do agregado por uma película de asfalto. A água é liberada e evapora.

As emulsões asfálticas usadas para pavimentação no Brasil são predominantemente catiônicas (C) e são classificadas em função da velocidade de ruptura (rápida, média, lenta ou controlada) e teor de asfalto (1 – baixo resíduo e 2 – alto resíduo). São especificadas pela norma CNP nº 07/88 de 06/09/88. As características de ruptura são controladas principalmente pela natureza e quantidade do agente emulsificante:

7

Pintura de ligaçãoTambém chamada de Tack-Coat. Consiste na aplicação de uma camada de material asfáltico sobre a base ou revestimento antigo com a finalidade precípua de promover sua ligação com a camada sobrejacente a ser executada.

a) Tipos de asfaltos utilizados na pintura de ligação- Emulsões asfálticas dos tipos:Ruptura rápida: RR-1C e RR-2CRuptura média: RM-1C e Rm-2C- Asfaltos diluídosCR-70 (exceto para superfícies betuminosas)

b) Execução da pintura de ligaçãoVarredura da pista: idem imprimação

Aplicação do asfalto Também é feita pelo caminhão espargidor. A quantidade de material aplicado é da ordem de 0,5 l/m2. A temperatura de aplicação é função da viscosidade desejada e deve

permitir a formação de uma película extremamente delgada acima da camada a ser recoberta. As faixas de viscosidade recomendadas são as seguintes:- Para asfalto diluído : 20 a 60 segundos saybolt-furol.- Para emulsões : 25 a 100 segundos saybolt-furol.

O excesso de ligante pode atuar como lubrificante ocasionando ondulações do revestimento a ser colocado.

Tipos de revestimentos asfálticosOs revestimentos são também identificados quanto ao tipo de ligante:

à quente, com o uso de CAP, ou à frio, com o uso de EAP. As misturas usinadas podem ser separadas quanto à distribuição granulométrica em: densas, abertas, contínuas e descontínuas.

graduação densa: curva granulométrica contínua e bem-graduada de forma a proporcionar um esqueleto mineral com poucos vazios visto que os agregados de dimensões menores preenchem os vazios dos maiores. Exemplo: concreto asfáltico (CA);

8

graduação aberta: mantêm uma grande porcentagem de vazios com ar não preenchidos graças às pequenas quantidades de fíler, de agregado miúdo e de ligante asfáltico com o objetivo de tornar a mistura com elevado volume de vazios com ar e, portanto, drenante, possibilitando a percolação de água no interior da mistura asfáltica. Exemplo: mistura asfáltica drenante, conhecida no Brasil por camada porosa de atrito (CPA);

• graduação descontínua: curva granulométrica com proporcionamento dos grãos de maiores dimensões em quantidade dominante em relação aos grãos de dimensões intermediárias, completados por certa quantidade de finos, de forma a ter uma curva descontínua em certas peneiras, com o objetivo de tornar o esqueleto mineral mais resistente à deformação permanente com o maior número de contatos entre os agregados graúdos. Exemplo: matriz pétrea asfáltica (stone matrix asphalt – SMA);

Quando a espessura de projeto de revestimento for maior que 70mm é comum fazer uma subdivisão em duas camadas para fins de execução; a superior que fica em contato com os pneus dos veículos é chamada de camada de rolamento ou simplesmente de “capa” e tem requisitos de vazios bastante restritos, para garantir a impermeabilidade; a camada inferior é referida como camada de ligação ou intermediária (ou ainda de binder) e pode ser projetada com um índice de vazios ligeiramente maior, com a finalidade de diminuir o teor de ligante e baratear a massa asfáltica. Esse procedimento também modificará as características mecânicas e de flexibilidade da mistura, o que deve ser levado em conta no dimensionamento do pavimento.

MISTURAS USINADASA mistura de agregados e ligantes é realizada em usina estacionária e

transportada posteriormente por caminhão para a pista, onde é lançada por equipamento apropriado, denominado vibro acabadora.

As misturas a quente distinguem-se em vários tipos de acordo com o padrão granulométrico empregado e as exigências de características mecânicas, em função da aplicação a que se destina.

Um dos tipos mais empregados no Brasil é o concreto asfáltico (CA) também denominado concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ). Trata-se do produto da mistura convenientemente proporcionada de agregados de vários tamanhos e cimento asfáltico, ambos aquecidos em temperaturas previamente escolhidas, em função da característica viscosidade-temperatura do ligante. As misturas asfálticas a quente também se dividem em grupos específicos em função da granulometria dos agregados.

A granulometria do agregado pode ser classificada em três frações: agregado graúdo, agregado fino e filler.

O agregado graúdo é constituído normalmente de pedra britada ou seixo rolado com pelo menos uma face britada, Deve ainda obedecer às condições já mencionadas:- Inexistência de torrões de argila e matéria orgânica;- Não ter, em excesso, pedras lamelares alongadas, a fim de não prejudicar a trabalhabilidade da mistura e a inalterabilidade da granulometria;- Abrasão Los Angeles inferior a 50%; e- Ter boa adesividade com o asfalto utilizado.

O agregado miúdo pode ser constituído de areia, pó de pedra ou mistura de ambos. No método do Equivalente de Areia, deve apresentar um valor igual ou inferior a 55.

9

Quanto ao filler, pode ser constituído, como já foi visto, de cimento, pó de pedra, pó de calcário e similares.

Graças ao arranjo de partículas com graduação bem-graduada, a quantidade de ligante asfáltico requerida para cobrir as partículas e ajudar a preencher os vazios não pode ser muito elevada, pois a mistura necessita contar ainda com vazios com ar após a compactação em torno de 3 a 5%, no caso de camada de rolamento (camada em contato direto com os pneus dos veículos) e de 4 a 6% para camadas intermediárias ou de ligação (camada subjacente à de rolamento). Caso não seja deixado certo volume de vazios com ar, as misturas asfálticas deixam de ser estáveis ao tráfego e, por fluência, deformam-se significativamente.

Concretos asfálticos densosConcretos asfálticos densos são as misturas asfálticas usinadas a quente mais utilizadas como revestimentos asfálticos de pavimentos no Brasil. Suas propriedades, no entanto, são muito sensíveis à variação do teor de ligante asfáltico.

De outro lado, a falta de ligante gera um enfraquecimento da mistura e de sua resistência à formação de trincas, uma vez que a resistência à tração é bastante afetada e sua vida de fadiga fica muito reduzida.

Uma das formas de reduzir a sensibilidade dos concretos asfálticos a pequenas variações de teor de ligante e torná-lo ainda mais resistente e durável em vias de tráfego pesado é substituir o ligante asfáltico convencional por ligante modificado por polímero ou por asfalto-borracha.

Ligantes asfálticos modificados com polímeros

10

Quanto ao seu comportamento frente às variações térmicas, os polímeros são classificadosem categorias como sugerido por Mano (1985, 1991) e Leite (1999):Polímeros Termorrígidos• Por ação do calor endurecem irreversivelmente• Não voltam amolecer sob nova ação calorPor exemplo: resina epóxi, poliéster, poliuretano;

Polímeros Termoplásticos• Por ação do calor amolecem reversivelmente• Amolecem sob nova ação do calor e endurecem baixa temperaturaPor exemplo: polietileno, polipropileno, PVC;

Polímeros Elastômeros• Por ação do calor se decompõe antes de amolecimentoPor exemplo: SBR (estirenos);

Polímeros Elastômeros termoplásticos• Por ação do calor tem comportamento termoplástico (amolecimento/reversível)• Sob baixa temperatura tem propriedades elásticas (flexibilidade)Por exemplo: SBS-SBR, EVA e Borracha Natural

Nem todos os polímeros são passíveis de serem adicionados ao CAP e nem todo CAP quando modificado por polímeros apresenta estabilidade à estocagem.O grau de melhoria e modificação do ligante e, em consequência, o seu custo dependem das necessidades do local onde será aplicado, considerando se é obra nova ou reforço, variações térmicas e cargas mecânicas às quais o trecho estará submetido, potencial para deformação permanente ou fadiga etc.Para que a modificação do ligante seja viável técnica e economicamente, é necessário que o polímero seja resistente à degradação nas temperaturas usuais de utilização do asfalto, misture-se adequadamente com o asfalto, melhore as características de fluidez do asfalto a altas temperaturas, sem que o ligante fique muito viscoso para a misturação e espalhamento, nem tão rígido ou quebradiço a baixas temperaturas.

11

Misturas asfálticas usinadas a frio

Os pré-misturados a frio (PMF) consistem em misturas usinadas de agregados graúdos, miúdos e de enchimento, misturados com emulsão asfáltica de petróleo (EAP) à temperatura ambiente. Para operações de manutenção de pavimentos em uso, pode-se até lançar mão de betoneiras comuns de preferência as de eixo horizontal. Há também facilidades de se operar a mistura em usinas móveis. O PMF pode ser usado como revestimento de ruas e estradas de baixo volume de tráfego, ou ainda como camada intermediária (com CA superposto) e em operações de conservação e manutenção.

Micro revestimento asfálticoEsta é uma técnica que pode ser considerada uma evolução das lamas asfálticas, pois usa o mesmo princípio e concepção, porém utiliza emulsões modificadas com polímero para aumentar a sua vida útil. O micro revestimento é uma mistura a frio processada em usina móvel especial, de agregados minerais, fíler, água e emulsão com polímero, e eventualmente adição de fibras (ABNT NBR 14948/2003).

12

Há vantagens em se aplicar o micro revestimento com emulsão asfáltica de ruptura controlada modificada por polímero. A emulsão é preparada de tal forma que permita sua mistura aos agregados como se fosse lenta e em seguida sua ruptura torna-se rápida para permitir a liberação do tráfego em pouco tempo, por exemplo, duas horas. O micro revestimento é utilizado em:• recuperação funcional de pavimentos deteriorados;• capa selante;• revestimento de pavimentos de baixo volume de tráfego;• camada intermediária antirreflexo de trincas em projetos de reforço estrutural.

Binder

O binder pode ser definido como uma mistura asfáltica usinada a quente ou a frio, utilizando agregado de graduação mais aberta que a do concreto asfáltico, podendo entrar ou não fíler na sua composição.

Também é possível confrontar valores das especificações para concreto asfáltico e binder, por exemplo, quanto aos vazios não preenchidos, os limites para o CBUQ são de 3 a 5%, enquanto que para o binder, são de 4 a 10%; O binder pode ser produzido em usinas fixas como o concreto asfáltico, e a mistura é composta, como já definido, de agregado de granulometria aberta, aquecido ou não - binder a quente ou a frio utilizando-se os produtos asfálticos:

- CAP 50/60 - classificação por penetração - ou CAP-55 - classificação por viscosidade, para o binder a quente;

- Asfaltos diluídos CR-800, CM-800 e emulsões de preferência do tipo RM, para o binder a frio.

Como camada intermediária, o binder deve ser superposto pela camada de revestimento, geralmente um concreto asfáltico de granulometria densa. Eventualmente, o binder poderia ser coberto por um concreto asfáltico de tratamento superficial ou de capa selante; nesse caso, via de regra, o recurso visa apenas abreviar a entrega do trecho pavimentado ao tráfego, antes da execução da capa definitiva, esta então, de concreto asfáltico.

No caso de autoestradas, a utilização do binder deve ser considerada, antes de mais nada, uma medida de caráter econômico, garantidas as qualidades técnicas exigidas do pavimento e, em particular, do revestimento.Sendo o binder superposto por uma camada de revestimento, verifica-se que essa camada intermediária de qualidade inferior à do revestimento, na verdade, substitui parte da espessura que seria de revestimento.Por exemplo, seja uma capa de rolamento de 10 cm de espessura de concreto asfáltico, com coeficiente de equivalência estrutural KR = 2,00 que se pretende substituir pelo conjunto formado por uma camada de concreto asfáltico de 4 cm de espessura e, o complemento, por uma camada de binder, de coeficiente estrutural KBI = 1,7.

A camada total tem uma equivalência estrutural:

13

EC = R .KR - 10 x 2 = 20 cmAdotando R = 4 cm e complementando com o binder, deve-se manter, em material padrão, o valor 20. Então:

R . KR + BI x KBI = 20 4 x 2 + BI . 1,7 = 20

BI = (20 - 8) / 1,7 =~ 7cm

A espessura de binder deverá ser de 7 cm.