MATERIAIS ASFÁLTICOS (Noções Gerais)

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1 MATERIAIS ASFÁLTICOS (Noções Gerais)

2 INTRODUÇÃO Um dos mais antigos materiais de construção utilizado pelo homem. Na Mesopotâmia: usado como aglutinante e imperrmeabilizante. Citações na bíblia:

3 (Gênese 6,14) Faze para ti uma arca de madeira resinosa. Farás a arca com compartimentos. Tu a revestirás com betume por dentro e por fora. Primeiras aplicações: França (1802), EUA (1838) e Inglaterra (1869) Como derivado do petróleo iniciou-se a partir de 1909.

4 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. BETUME Mistura de hidrocarbonetos pesados, obtidos em estado natural ou por diferentes processos físicos ou químicos, com seus derivados de consistência variável e com poder aglutinante e impermeabilizante, sendo completamente solúvel no bissulfeto de carbono (CS 2 ) ou tetracloreto de carbono (CCL 4 ).

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6 ALCATRÃO Líquido negro viscoso resultante da destilação destrutiva de carvão, madeira e açúcar, constituindo um subproduto da fabricação de gás e coque metalúrgico. Em desuso em pavimentação.

7 CLASSIFICAÇÃO QUANTO À APLICAÇÃO ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO a) Cimentos Asfálticos (CAP) b) Asfaltos Diluídos (ADP) c) Emulsões Asfálticas (EAP) d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros) ASFALTOS INDUSTRIAIS a) Asfaltos Oxidados ou Soprados

8 CLASSIFICAÇÃO QUANTO A ORIGEM ASFALTOS NATURAIS Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). Possuem de 60 a 80% de betume

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10 ROCHAS ASFÁLTICAS O asfalto aparece impregnando os poros de algumas rochas (Gilsonita) também misturado com impurezas minerais (areias e argilas) em quantidades variáveis. O xisto betuminoso é um exemplo de rocha asfáltica.

11 ASFALTOS DE PETRÓLEO Mais empregado e produzido sendo isento de impurezas. Pode ser encontrado e produzido nos seguintes estados: a) Sólido b) Semi-sólido CAP c) Líquido Asfalto Dissolvido Asfalto Emulsificado

12 ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO CIMENTO ASFÁLTICO DO PETRÓLEO (CAP)

13 O derivado de petróleo usado como ligante dos agregados minerais denomina-se, no Brasil, Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP). É um material semi-sólido, de cor marrom escura a preta, impermeável à água, viscoelástico, pouco reativo, com propriedades adesivas e termoplásticas. Mistura química complexa cuja composição varia com o petróleo e processo de produção. Do seu peso molecular, >95% são hidrocarbonetos. Para ser usado deve ser aquecido. Cimento asfáltico de petróleo (CAP) é classificado pela penetração desde Antigamente pela viscosidade ou pela penetração.

14 OBTENÇÃO DO CAP Destilação em apenas um estágio

15 Destilação em dois estágios GÁS COMBUSTÍVEL G L P TORRE ATMOSFÉRICA NAFTA LEVE NAFTA PESADA QUEROSENE ÓLEO DIESEL FORNO DESSALGADORA PETRÓLEO PARA SISTEMA DE VÁCUO TORRE DE VÁCUO GASÓLEO LEVE GASÓLEO PESADO ASFALTO (C A P)

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18 Classificação VISCOSIDADE PENETRAÇÃO CAP 7 CAP 30/45 CAP 20 CAP 50/70 CAP 40 CAP 85/100 CAP 150/200

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21 No Brasil há 9 refinarias da PETROBRAS que produzem asfalto: REDUC, REFAP, REVAP, RLAM, REGAP, LUBNOR, REMAN, REPAR, REPLAN. Vários processos Vários petróleos, A maioria petróleo nacional (atualmente: auto-suficiência na produção)

22 Petróleo Bruto ou Cru Quase todo o asfalto em uso hoje em dia é obtido do processamento de petróleo bruto (ou cru). Muitas refinarias são localizadas próximas a locais com transporte por água, ou supridos por dutos a partir de terminais marítimos. A composição dos petróleos varia de acordo com a fonte. Cada petróleo leva a diferentes quantidades de resíduos de cimentos asfálticos (CAP) e outras frações destiláveis.

23 Rendimento de CAP por petróleos (exemplos)

24 Importância do Asfalto A maioria das rodovias no Brasil são de revestimentos asfálticos. O CAP representa de 25 a 40% do custo da construção do revestimento. Quase sempre é o único elemento industrializado usado nas camadas do pavimento.

25 CONSUMO DE ASFALTO NO BRASIL FONTE: PETROBRAS

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27 2010 ~ ~

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29 Adesivo termoplástico: comportamento viscoelástico. Impermeável à água. Quimicamente pouco reativo. Comportamento viscoelástico relacionado à consistência e à suscetibilidade térmica: tráfego rápido comportamento elástico tráfego lento comportamento viscoso

30 Aplicações - Deve ser livre de água, homogêneo em suas características e conhecer a curva viscosidade-temperatura. - Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico devem-se usar: CAP 30/45, 50/70 e 85/100 - Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso deve-se usar e CAP150/200. 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

31 Átomos Hidrogênio e carbonos (H, C) 90-95% heteroátomos (N, O, S) 5-10% substituindo C, gera polaridade e pontes de hidrogênio entre moléculas, atua no envelhecimento forte efeito nas propriedades metais (V, Ni, Fe) < 1% depende do petróleo de origem combinam em tipos de moléculas com pontes covalentes ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

32 Constituição Química do CAP Mistura química complexa, cuja composição varia com o petróleo e o processo de produção. Peso molecular: ; 95% hidrocarbonetos; 5% S; 1% N e O; ppm metais (V, Ni, Fe etc.). CAPs apresentam um número de átomos de carbono entre 24 e 150. Constituem-se de compostos polares e polarizáveis, capazes de associação, e compostos não-polares (hidrocarbonetos aromáticos e saturados). ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

33 Modelo hipotético de uma molécula de asfalteno ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

34 Análise Elementar do CAP Exemplo ORIGEM Mexicano BOSCAN Califórnia Bacia Bacia Árabe Campos Campos Leve REFINARIA - RLAM - REGAP REPLAN REDUC ELEMENTOS Carbono (%) 83,8 82,9 86,8 86,5 85,4 83,9 Hidrogênio (%) 9,9 10,4 10,9 11,5 10,9 9,8 Nitrogênio (%) 0,3 0,8 1,1 0,9 0,9 0,5 Enxofre (%) 5,2 5,4 1,0 0,9 2,1 4,4 Oxigênio (%) 0,8 0,3 0,2 0,2 0,7 1,4 Vanádio (ppm) Níquel (ppm) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

35 Relação entre Composição e Propriedades Físicas O método analítico mais empregado para o fracionamento dos CAPs é o SARA, que separa os compostos constituintes em quatro categorias: hidrocarbonetos saturados (S); hidrocarbonetos aromáticos (A); resinas (R); asfaltenos (A). saturados - têm influência negativa na suscetibilidade térmica. Em maior concentração, amolecem o produto; aromáticos - agem como plastificantes, contribuindo para a melhoria de suas propriedades físicas; resinas - têm influência negativa na suscetibilidade térmica, mas contribuem na melhoria da ductilidade e dispersão dos asfaltenos; asfaltenos - contribuem para a melhoria da suscetibilidade térmica e aumento da viscosidade. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

36 Composição Química do CAP O asfalteno é separado primeiro por precipitação com a adição de n-heptano. Os outros constituintes, solúveis em n-heptano, são separados por cromatografia de adsorção. O asfalteno é um aglomerado de compostos polares e polarizáveis, formados em conseqüência de associações intermoleculares. São considerados responsáveis pelo comportamento reológico dos CAPs e constituídos de hidrocarbonetos naftênicos condensados e de cadeias curtas de saturados. O peso molecular do asfalteno é da ordem de Saturados Asfaltenos Aromáticos Resinas ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

37 Estrutura Proposta por Yen O CAP é um sistema coloidal, constituído pela suspensão de micelas de asfaltenos, peptizadas por resinas em meio oleoso (saturados e aromáticos), dando o equilíbrio entre moléculas micelas aglomerados. A vantagem deste esquema é introduzir a característica de interação dos asfaltenos, que conduz à formação de aglomerados responsáveis pelo caráter gel. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

38 Representação Sol e Gel Asfaltenos Hidrocarboneto aromático de alto peso molecular Hidrocarboneto aromático de baixo peso molecular Hidrocarb. naftênicos/ aromáticos Hidrocarb. Alifáticos/naftênicos Hidrocarbonetos saturados Representação esquemática do betume tipo SOL` Representação esquemática do betume tipo GEL` ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

39 Envelhecimento Volatização Curto -prazo Oxidação Não polar a polar (anfotérico) Longo-prazo Estrutura molecular Polares associados são arranjos preferidos a temperatura ambiente Não polares se organizam a temperaturas baixas Pesos moleculares e quantidade de não polares / solventes decrescem ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

40 ASFALTOS DILUÍDOS (ADP)

41 OBTENÇÃO

42 Classificação CR Cura Rápida Solvente: Gasolina CM Cura Média Solvente: Querosene CL Cura Lenta Solvente: Gasóleo (não usa mais)

43 EMULSÕES ASFÁLTICAS (EAP)

44 OBTENÇÃO

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46 Classificação Quanto à utilização RR-1C; RR-2C; RM-1C; RM-2C; RL-1C; LA-1C; LA-2C

47 ASFALTOS MODIFICADOS (Asfaltos Polímeros) Os polímeros mais utilizados são: SBS (Copolímero de Estireno Butadieno); SBR (Borracha de Butadieno Estireno); EVA (Copolímero de Etileno Acetato de Vinila); EPDM (Tetrapolímero Etileno Propileno Diesso); APP (Polipropileno Atático); Polipropileno; Borracha vulcanizada; Resinas; Epoxi; Poliuretanas; etc.

48 ASFALTOS MODIFICADOS (Asfaltos Polímeros)

49 Estoque de pneus Pneu entrando na esteira Esteira de moagem Pneu sendo moído Diferentes fases de moagem Pneu moído

50 ASFALTOS MODIFICADOS (Asfaltos Polímeros) Suas principais vantagens: - Diminuição da suscetibilidade térmica - Melhor característica adesiva e coesiva - Maior resistência ao envelhecimento - Elevação do ponto de amolecimento - Alta elasticidade - Maior resistência à deformação permanente - Melhores características de fadiga

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52 PRINCIPAIS FUNÇÕES do ASFALTO NA PAVIMENTAÇÃO a) Aglutinadora: Proporciona íntima ligação entre agregados, resistindo à ação mecânica dedesagregação produzida pelas cargas dos veículos. b) Impermeabilizadora: Garante ao revestimento vedação eficaz contra penetração da água proveniente da precipitação. c) Flexibilidade: Permite ao revestimento sua acomodação sem fissuramento a eventuais recalques das camadas subjacentes do pavimento.

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55 Asfaltos: Caracterização Brasileira ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

56 Cimento Asfáltico de Petróleo Classificado por penetração a 25ºC (até 2005) em algumas refinarias: 30/45 50/60 85/ /200 Classificado por viscosidade a 60 C (até 2005): CAP 7 CAP 20 CAP 40 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

57 Cimento Asfáltico de Petróleo Classificado por penetração a 25ºC (a partir de 2005): 30/45 50/70 85/ /200 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

58 Tabela Especificação 2005 Limites Métodos Características Unidade CAP CAP CAP CAP ABNT ASTM Penetração (100g, 5s, 25, o C) 0,1mm 30 a a a a 200 NBR 6576 D 5 Ponto de Amolecimento o C NBR 6560 D 36 Viscosidade Saybolt-Furol a 135 o C s a 150 o C a 177 o C 40 a a a a 60 Viscosidade Brookfield NBR E 102 a 135 o C, SP 21, 20rpm mín cp a 150 o C, SP 21, mín a 177 o C, SP 21 mín 76 a a a a 114 Índice de Susceptibilidade Térmica (-1,5) a (+0,7) (-1,5) a (+0,7) (-1,5) a (+0,7) (-1,5) a (+0,7) Ponto de Fulgor mín. o C Solubilidade em tricloroetileno, mín % massa 99,5 99,5 99,5 99,5 NBR D NBR NBR D 92 D 2042 Ductilidade a 25 o C, mín. cm NBR 6293 D 113 (*) relação entre a penetração após o efeito do calor e do ar em estufa RTFOT e a penetração antes do ensaio. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

59 Tabela Especificação 2005 (cont.) Características Unidade CAP CAP Limites CAP CAP ABNT Métodos ASTM Efeito calor e ar a 163 o C, 85 mín Variação em massa, máx % massa 0,5 0,5 0,5 0,5 D 2872 Ductilidade a 25 o C cm NBR 6293 D113 Aumento do Ponto de Amolecimento o C NBR 6560 D 36 Penetração Retida (*) % NBR 6576 D 5 (*) relação entre a penetração após o efeito do calor e do ar em estufa RTFOT e a penetração antes do ensaio. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

60 CAP Ensaios correntes da classificação brasileira ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

61 Penetração Ensaio de classificação de cimentos asfálticos. Medida de consistência. Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s NBR Presente em especificações ASTM e européias. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

62 Ensaios de Consistência Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576) Profundidade, em décimo de milímetro, que uma agulha de massa padronizada (100 g) penetra numa amostra de cimento asfáltico (por 5 segundos) à temperatura de 25 C. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

63 Penetração ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

64 Penetração Amostra a 25 o C ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

65 Penetração ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

66 Ponto de Amolecimento Ensaio classificatório de especificações européias Especificação NBR 6560 Empregado para estimativa de susceptibilidade térmica. Presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

67 Ensaios de Consistência Ponto de Amolecimento - Anel Bola Uma bola de aço de dimensões e peso especificados é colocada no centro de uma amostra de asfalto em banho. O banho é aquecido a uma taxa controlada de 5 C/minuto. Quando o asfalto amolece, a bola e o asfalto deslocam-se em direção ao fundo. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

68 Ponto de Amolecimento Início do ensaio Final do ensaio ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

69 Ponto de Amolecimento ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

70 Índice de Suscetibilidade Térmica Pfeiffer Van Doormal PVD 500xlog PEN 20PA log PEN PA Onde PA = Ponto de Amolecimento: PEN = Penetração do asfalto (em 0,1mm) PVD < - 2 asfaltos que amolecem muito rapidamente com o aumento da temperatura e tendem a ser quebradiços em baixas temperaturas PVD > + 2 Asfaltos oxidados com baixíssima suscetibilidade térmica e não são indicados para serviços de pavimentação Brasil - 2 < PVD < +1 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

71 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

72 - Acima da temperatura correspondente ao seu Ponto de Amolecimento, os CAP s apresentam comportamento Newtoniano ou aproximadamente Newtoniano - Abaixo do Ponto de Amolecimento, a até cerca de 0ºC, os CAP s podem apresentar um fluxo Newtoniano até um fluxo muito complexo - Para temperaturas muito baixas (inferiores a 0ºC) e pequenos tempos de aplicação de cargas, o comportamento dos CAP s é de um sólido praticamente elástico ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

73 Ensaios de Consistência Dutilidade A dutilidade é dada pelo alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP com o menor diâmetro de 1 cm 2, em banho de água a 25 C, submetida pelos dois extremos à tração de 5 cm/minuto. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

74 Dutilidade Resistência à tração do ligante. Empregado para ensaios de retorno elástico de asfaltos modificados. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

75 Ensaios de Consistência ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

76 Ensaios de Segurança Ponto de Fulgor Menor temperatura, na qual os vapores emanados durante o aquecimento do material betuminoso se inflamam a uma fonte de ignição. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

77 Ponto de Fulgor Requisito de segurança. Vaso aberto Cleveland. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

78 Ensaios de Segurança ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

79 Ponto de Fulgor (Segurança) Termômetro Cápsula cheia de amostra Ponta ligada ao gás ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

80 Solubilidade (Pureza) Em tricloroetileno NBR ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

81 Solubilidade (Pureza) (1) Materiais e equipamentos (2) Cadinho com papel filtro (esq) Amostra antes da filtragem (dir) Foto:PBS (3) Amostra dissolvida em tricloroetileno (4) Filtragem com auxílio de vácuo ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

82 Ensaio de massa específica do ligante ABNT 6296 ETAPAS: Picnômetros com asfalto e água Determinação da massa do picnômetro totalmente preenchido com água a 25 C Determinação da massa do picnômetro preenchido até a metade com asfalto a 25 C Determinação da massa do picnômetro preenchido metade com água e metade com asfalto, a 25 C ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

83 Etapas do ensaio de massa específica do ligante (1) Picnômetros com asfalto e com água (2) Massa do picnômetro com água a 25 o C Fotos: Patricia B. Silva (3) Massa do picnômetro com asfalto até a metade (4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

84 VISCOSIDADE (Lei de Newton): A resistência ao deslocamento relativo das partes de um líquido é proporcional à velocidade com que estas partes se separam uma da outra. A viscosidade é uma medida da consistência que o material apresenta ao movimento relativo de suas partes ou ainda de sua capacidade de fluir. É a característica inerente ao material de opor-se ao fluxo ou deslocamento de uma partícula sobre partículas adjacentes devido a uma espécie de atrito interno do material ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

85 t ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

86 Viscosímetros para Fluídos Newtonianos Necessário para: Especificação de CAP (garantir bombeamento). Determinação da temperatura de usinagem e compactação. Por capilar viscosidade cinemática. Determinação do tempo de escoamento em tubos / orifícios calibrados: Saybolt Furol ASTM D 88 e ASTM E 102. Cannon Fenske e Zeithfuchs ASTM D Brookfield (atual - mais moderno) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

87 Viscosidade Capilar a Vácuo a 60ºC Ensaio da classificação brasileira de cimento asfáltico até 2005 NBR 5847 Presente em especificações ASTM e européias. Medida de consistência. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

88 Ensaios de Consistência - Viscosidade Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

89 Ensaios de Consistência - Viscosidade Viscosímetro Saybolt Furol ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

90 Viscosímetro Rotacional (Brookfield) MEDIDAS: propriedades relacionadas ao bombeamento e estocagem. ABNT (2004) ASTM D 4402 (2002) RESULTADOS: comportamento do fluido viscosidade x taxa de cisalhamento x tensão de cisalhamento; viscosidade dinâmica (cp); gráfico temperatura-viscosidade para projeto de mistura. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

91 Viscosímetro Rotacional (Brookfield) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

92 Viscosímetro Rotacional (Brookfield) Motor Torque Cilindro interno Câmara de condicionamento Thermosel Controlador digital de temperatura ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

93 Temperaturas de Mistura e Compactação Em função da curva viscosidade temperatura do ligante asfáltico a ser usado na mistura. Temperatura de Mistura: ligante: correspondente à viscosidade 85±10 SSF ou 0,17±0,02 Pa.s; agregado: de 10 a 15ºC acima da temperatura do ligante. Temperatura de Compactação: correspondente à viscosidade 140±15 SSF ou 0,28±0,03Pa.s. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

94 Viscosidade (cp) Gráfico Viscosidade-Temperatura Temperatura (ºC) Material CAP-20 EVA RASF Ligante Agregado Mistura Exemplo de temperaturas (ºC) de trabalho determinadas para 3 ligantes, de acordo com as viscosidades Saybolt-Furol. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

95 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

96 Ensaio de Durabilidade: Efeito do Calor e do Ar Estufa de Efeito de Calor e Ar: Película Delgada (TFOT) Simula o envelhecimento da usinagem; Temperatura: 163 C; Tempo: 5h; Determina a perda ou ganho de peso; Especificação ASTM D 1754; Especificação ABNT ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

97 Estufa de Película Fina Vista da estufa fechada Termômetro Prato Prato com asfalto Foto: Patricia Barboza da Silva ASFALTOS Placa rotativa Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

98 Ensaios de Durabilidade Estufa de Filme Fino Rotativo (Rolling Thin Film Oven Test - RTFOT) - ABNT e ASTM 2872 Neste ensaio, uma fina película de asfalto é continuamente girada numa jarra de vidro a 163 C por 85 minutos, com uma injeção de ar a cada 3 a 4 segundos. Estufa de filme rotativo ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

99 Estufa de Película Fina Rotativa ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

100 Estufa de Película Fina Rotativa ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

101 Comportamento do Asfalto Comportamento Viscoelástico Correlação entre tempo/temperatura ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

102 Usos do Cimento Asfáltico Matéria-prima de asfaltos diluídos, emulsões asfálticas, asfaltos modificados, asfalto espuma e asfaltos soprados. Aplicações rodoviárias a quente concreto betuminoso a quente CBUQ e misturas especiais CPA, SMA, BBTM, Gap-graded, etc. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

103 Deformação Permanente Ocorre a temperaturas altas No Brasil, entre 62 e 70 ºC Influência predominante do agregado Influência menor do ligante ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

104 Trincas por Fadiga Ocorre a temperaturas intermediárias No Brasil, entre 30 e 40 ºC Nos EUA, entre 20 e 30ºC Efeito do agregado e do ligante ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

105 Trincas Térmicas Ocorre somente em países frios, geralmente em temperaturas inferiores a -10 º C Influência predominante do ligante Influência menor do agregado ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

106 Emulsões Asfálticas, Asfalto Diluído e Asfalto-Espuma ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

107 EMULSÕES ASFÁLTICAS (EAP) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

108 OBTENÇÃO ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

109 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

110 Classificação Quanto à utilização RR-1C; RR-2C; RM-1C; RM-2C; RL-1C; LA-1C; LA-2C ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

111 Emulsão Asfáltica Uma dispersão é um sistema de várias fases, onde uma é contínua (fase dispersante líquida) e outra, pelo menos, é finamente dividida e repartida (fase dispersa ou descontínua). Entre as diferentes dispersões, existem duas categorias exploradas no campo industrial: as suspensões e as emulsões. As emulsões têm maior regularidade no tamanho e na distribuição do grão do que as suspensões comuns e grãos maiores do que as soluções coloidais. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

112 Emulsão Asfáltica O tamanho médio dos grãos de uma emulsão é da ordem de 1 mícron, podendo o seu tamanho máximo atingir alguns micros. Enquanto nos colóides é impossível a separação das micelas por meios mecânicos, a exemplo das soluções moleculares, na emulsão isto é possível. Suspensão coloidal e suspensão comum ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

113 Emulsões Asfálticas Óleo e água podem formar emulsão, porém se separam rapidamente quando cessa a agitação. Esquema de preparação de emulsão asfáltica As emulsões estáveis têm o emulsificante, que previne ou retarda a separação das fases. FASE OLEOSA FASE AQUOSA EMULSÃO GROSSEIRA FASE OLEOSA FASE AQUOSA As emulsões asfálticas são do tipo óleo em água e constituídas por: Cimento asfáltico (60 a 70%), disperso em fase aquosa, que é composta de ácido + emulsificante (0,2 a 1%) + água + solvente. AGENTE QUÍMICO EMULSIFICANTE FENÔMENO DE COALESCÊNCIA EMULSÃO ESTÁVEL (GROSSEIRO) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

114 Fabricação da Emulsão Asfáltica Cimento asfáltico aquecido e água contendo um agente emulsificador são passados sob pressão por um moinho coloidal para produzir glóbulos pequenos de CAP que ficam suspensos na água. O agente emulsificador impõe uma carga elétrica à superfície dos glóbulos de CAP, que faz estes se repelirem e não coalescer. O processo de emulsificação quebra o asfalto em glóbulos, o que é dificultado pela coesão interna e viscosidade do CAP e pela tensão superficial que resiste à criação de novas interfaces. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

115 Fabricação da Emulsão Asfáltica Para obter uma emulsão é necessário: Uma energia de dispersão: agente mecânico que promove a fragmentação da fase dispersa e a sua conseqüente dispersão. Um emulsificante: agente físico-químico que atende a uma dupla finalidade: baixar a tensão interfacial entre as duas fases, facilitando a emulsificação; estabilizar a emulsão obtida fixando-se à periferia dos grãos da fase dispersa, impedindo assim que os mesmos se juntem (coalescência). ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

116 Fabricação da Emulsão Asfáltica Moinho coloidal Consiste de um rotor de alta velocidade que gira entre 1000rpm a 6000rpm num stator. O espaçamento entre o rotor e o stator é tipicamente de 0,25mm a 0,50mm, ajustável. O asfalto aquecido e o emulsificante são colocados no moinho simultaneamente. As temperaturas dos componentes (100 C a 140 C do asfalto, < 90 C da emulsão no final) variam com o tipo e porcentagem de asfalto na emulsão, o tipo de emulsificante, etc. Exemplo de lab. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

117 Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica (Maracanaú, CE) Vista geral do galpão Tanques do produto acabado Tanques da fase aquosa Tanques de CAP Moinho coloidal ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

118 Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica Paulínea, SP Fotos de Soares (2003) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

119 Classificação das Emulsões As emulsões asfálticas podem ser classificadas: Quanto à carga da partícula: os dois tipos mais comuns são: catiônicas e aniônicas; Quanto ao tempo de ruptura: ruptura rápida (RR), ruptura média (RM) e ruptura lenta (RL). ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

120 Classificação das Emulsões Classificadas de acordo com ruptura, viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente, desemulsibilidade, resíduo de destilação e quanto à utilização em 7 tipos: Teor mín. Viscosidade Emulsão Tipo Vel. de Ruptura de resíduo Saybolt Desemulsibilidade asfáltico Furol a 50 o C RR-1C Catiônica Rápida 62% entre 20 e 90s Superior a 50% RR2-C Catiônica Rápida 67% entre 100 e 400s Superior a 50% RM-1C Catiônica Média 62% entre 20 e 200s Inferior a 50% RM-2C Catiônica Média 65% entre 100 e 400s Inferior a 50% RL-1C Catiônica Lenta 60% máx de 70s - LA-1C Catiônica - 58% máx de 100s - LA-2C Catiônica - 58% máx de 100s - ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

121 Agente Emulsificante Agente emulsificante: Longa cadeia hidrocarbonada que termina com um grupo funcional catiônico ou aniônico. A parte parafínica da molécula tem uma afinidade pelo betume e a parte iônica (polar) uma afinidade pela água. O emulsificante não é apenas um agente estabilizador, mas um promotor de adesividade. Comportamento do emulsificante na emulsão ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

122 Tipos de Emulsão quanto à Carga (a) Aniônicas São as mais antigas. Os glóbulos de asfalto são carregados negativamente. Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão aniônica (ensaio de eletroforese), os grãos se dirigirão para o anodo (ensaio de carga de partícula). Esquema do ensaio de carga de partícula de uma Emulsão Aniônica ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

123 Esquema de Emulsões Aniônicas ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

124 Tipos de Emulsões quanto a Carga Elétrica (b) Catiônicas Atualmente este tipo de emulsão é a mais empregada. Os glóbulos de asfalto são carregados positivamente. Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão catiônica, os grãos se dirigirão para o catodo. O agente emulsificante utilizado é um sabão ácido (sal de amina resultante de uma base fraca + ácido forte), por isto são chamadas emulsões ácidas. Esquema do ensaio de carga de partícula de uma Emulsão Catiônica ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

125 Esquema de Emulsões Catiônicas ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

126 Ruptura da Emulsão 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-se. A ruptura da emulsão consiste na anulação da camada de proteção dos grãos de asfalto dispersos na água e se observa pela união dos mesmos (coagulação ou floculação). Esquema de Coalescência na interface emulsão/agregado A velocidade de ruptura é função da composição química do agente emulsificante e da sua dosagem na emulsão. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

127 Fatores que Afetam a Ruptura das Emulsões FATORES QUE RETARDAM A RUPTURA Emprego de um asfalto de alta viscosidade (cimentos asfálticos) FATORES QUE ACELERAM A RUPTURA Emprego de um asfalto de baixa viscosidade (asfaltos diluídos ou fluxados) Pequena concentração de asfalto Concentração de asfalto elevada Emprego de uma elevada quantidade de emulsivo Emprego de uma pequena quantidade de emulsivo Emprego de um emulsivo aniônico Utilização de um material úmido pouco reativo e uma pequena superfície específica Temperatura ambiente. Temperatura baixa dos agregados e da emulsão Ausência ou pequena agitação das misturas emulsão + agregados ASFALTOS Emprego de um emulsivo catiônico Utilização de um material seco reativo e com alta superfície específica Temperatura ambiente. Temperatura alta dos agregados e da emulsão Agitação intensa da mistura emulsão + agregados Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

128 Aplicação de Emulsão Lama Asfáltica Microrrevestimento asfáltico Pré-misturado a frio Tratamento superficial Pinturas de ligação Reciclagem ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

129 Fabricantes de emulsão ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

130 Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

131 ASFALTOS DILUÍDOS (ADP) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

132 OBTENÇÃO ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

133 Classificação CR Cura Rápida Solvente: Gasolina CM Cura Média Solvente: Querosene CL Cura Lenta Solvente: Gasóleo (não usa mais) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

134 Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) Asfaltos diluídos são asfaltos líquidos produzidos pela adição de solventes de petróleo (ou diluentes) aos cimentos asfálticos para diminuir a viscosidade do CAP para aplicação a temperaturas próximas da ambiente. O contato do ADP com agregados ou com o material de base provoca a evaporação do solvente, deixando o resíduo de cimento asfáltico na superfície. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

135 Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) Baseado na velocidade de evaporação, os ADP s são divididos em três grupos: (a)cura rápida (CR) produzido pela adição de um diluente leve de alta volatilidade (geralmente gasolina ou nafta); (b) Cura média (CM) produzido pela adição de um diluente médio de volatilidade intermediária (querosene); usado para imprimação impermeabilizante; ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

136 Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) Cada categoria apresenta tipos de diferentes viscosidades cinemáticas em função da quantidade de diluente: Os CR são constituídos pelos tipos: CR-70, CR-250; Os CM pelos tipos CM-30 e CM-70. A quantidade de cimento asfáltico e diluente usada na fabricação de ADP varia com as características dos componentes, sendo, em geral, em volume: Tipo 30: 52% de asfalto e 48% de diluente; Tipo 70: 63% de asfalto e 37% de diluente; Tipo 250: 70% de asfalto e 30% de diluente. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

137 Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) - Aplicações Em serviços de imprimação recomenda-se o uso dos ADP s CM-30. Não se fabrica mais no Brasil o CM-70. Não se recomenda o uso de ADP CR, devido a penetração não adequada na base. A taxa de aplicação varia de 0,8 a 1,4l/m 2, devendo ser determinada experimentalmente mediante absorção pela base em 24 horas. O tempo de cura é geralmente de 48 horas, dependendo das condições climáticas locais (temperatura, ventos, etc.). Como pintura de ligação sobre a superfície de bases não absorventes e não betuminosas pode ser usado ADP CR-70, pois não há necessidade de penetração do material asfáltico aplicado, e sim de cura mais rápida. A taxa de aplicação é em torno de 0,5l/m 2. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

138 Asfaltos Diluídos de Petróleo Em duas taxas de evaporação, classificado por viscosidade a 60ºC: de cura rápida: CR-70, CR-250; de cura média: CM-30. Em países desenvolvidos, seu uso em imprimação está sendo substituído por emulsões asfálticas devido a problemas ambientais. Base imprimada com CM-30 Imprimação de bases de solos e granulares ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

139 Porque se Usar Emulsão no Lugar de ADP? As emulsões asfálticas vêm sendo cada vez mais usadas no lugar de ADP devido a: Regulamentações ambientais: emulsão não polui pois há uma pequena quantidade de voláteis (em relação ao ADP) que evapora além da água; Perda de produtos valiosos: na cura do ADP, os diluentes, que demandam grande energia para serem produzidos, são perdidos para a atmosfera; Segurança: o uso de emulsão é seguro. Há pouco risco de incêndio comparando com ADP, que pode ter baixo ponto de fulgor; Aplicação a temperaturas ambientes: emulsão pode ser aplicada a temperatura mais baixa comparativamente ao ADP, economizando combustível. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

140 Asfalto Espuma de Asfalto ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

141 Conceituação ESPUMA DE ASFALTO: Mistura de asfalto, aquecido à aproximadamente C, e água a temperatura ambiente (WIRTGEN, 2001) ESPUMA DE ASFALTO: Técnica de utilização do ligante asfáltico que consiste em promover o encontro, sob condições apropriadas, entre o asfalto aquecido a temperatura típica de utilização a quente, com água aspergida a temperatura ambiente (MOTTA et al., 2000) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

142 Breve Histórico 1957: Prof. Ladis Csanyi, Universidade Estadual de Iowa, USA, estabelece o conceito de espuma de asfalto e 1970: Companhia Mobil Oil Austrália Ltda também desenvolve uma tecnologia para esta nova forma de usar o CAP. 1990: Perda da validade das patentes. Grande surto de aplicações coincidindo com o desenvolvimento da fresagem/reciclagem. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

143 Asfalto Espuma de Asfalto Esquema da câmara de expansão (WIRTGEN, 2001) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

144 Asfalto Espuma de Asfalto Equipamento piloto para gerar a espuma de asfalto para estudos de laboratório (WLB 10 -WIRTGEN, 2001) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

145 Como Age a Espuma de Asfalto? Age formando um mástique através do contato do asfalto espumado com as partículas finas, menores que 0,075mm de diâmetro (material passante na #200). ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

146 Propriedades Fundamentais Espuma de Asfalto TAXA DE EXPANSÃO: é a relação entre o volume máximo do CAP em estado de "espuma" e o volume de CAP remanescente, após a espuma estar completamente assente. MEIA VIDA: é o tempo em segundos necessário para uma espuma regredir do seu volume máximo até a metade deste volume. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

147 Asfalto Espuma de Asfalto Taxa de expansão e meia vida ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

148 Asfalto Espuma de Asfalto Otimização da taxa de expansão e a meia vida (WIRTGEN, 2001) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

149 Fatores que Influenciam nas Propriedades - Espuma de Asfalto Temperatura do asfalto. Quantidade de água adicionada ao asfalto. Pressão sob a qual o asfalto é injetado na câmara de expansão: baixas pressões (menores que 3 bar) afetam negativamente tanto a taxa de expansão, como a meia vida. Consistência do asfalto de origem. Presença de agentes anti-espumantes, tais como, compostos de silicone. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

150 Principal Uso Reciclagem a frio in situ de revestimento. Reciclagem a frio in situ de revestimento e base com espuma de asfalto e cimento. Mistura final será utilizada como camada de base, recebendo uma nova capa. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

151 Tambor Fresador/Misturador - Espuma de Asfalto água para a expansão asfalto quente água para a compactação sentido de avanço da obra (INSTITUTO CHILENO DEL ASFALTO, 2002) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

152 Esquema de aplicação da espuma de asfalto Aplicação da espuma de asfalto no campo: fresadora recicladora com câmara de expansão + caminhão de CAP+ caminhão de água (WIRTGEN, 2001) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

153 CAP Misturas a Quente X Emulsões Asfálticas; Asfaltos Diluídos Misturas a Frio

154 Misturas a Quente Misturas a Frio Vantagens Desvantagens - mais duráveis - menos sensíveis a ação da água - apresentam envelhecimento lento - suportam bem o tráfego pesado - não exigem cura - difícil fabricação -exigem aquecimento do agregado - alto custo de fabricação - equipamento especial no processo construtivo - não permitem estocagem -não se aquece o agregado - permitem estocagem - simplicidade de instalação - baixo custo de fabricação - simplicidade no processo construtivo - maior desgaste - envelhecimento mais rápido - exigem cura da mistura

155 CONCRETO ASFÁLTICO Norma DNIT 031/2006 ES

156 Definição: Mistura executada a quente, em usina apropriada, com características específicas, composta de agregado graduado, material de enchimento (filer) se necessário e cimento asfáltico, espalhada e compactada a quente Propriedades básicas: Estabilidade; Durabilidade; Flexibilidade; Resistência ao deslizamento.

157 Pode ser composto de: Camada de nivelamento Camada de ligação (Binder) e Camada de desgaste ou rolamento

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159 Geralmente são utilizados os seguintes materiais na composição de um concreto asfáltico: -Materiais betuminosos: CAP 30/45, 50/70, 85/ Agregados graúdos: Pedra Britada, escória britada, seixo rolado britado ou não -Agregados miúdos: areia, pó de pedra ou mistura de ambos - Filer: Cimento Portland, cal, pó calcário com a seguinte granulometria: Peneiras % mínima passante n 40 (0,42mm) 100 n 80 (0,18mm) n 200 (0,075mm)

160 Sequência Executiva: Fabricação (Usinas) Transporte Lançamento Compactação

161 Equipamentos Utilizados Usinas Gravimétricas / Volumétricas Depósitos para o material betuminoso Depósitos para agregados Acabadoras Rolos compactadores

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166 Composição da Mistura

167 % Passante PENEIRAS 0, 15 0, , 18 0, 4 2 0, 3 1, 2 2, 4 9, 5 0, 6 2, 0 4, 8 12, 7 19,1 2 5, 4 38,1 Faixa C Faixa A Faixa B 0,01 0, Abertura (mm)

168 Constituição da Mistura

169 Densidade Máxima Teórica da mistura ( DMT ) É a densidade da mistura asfáltica suposta sem vazios. É a relação entre a massa total da mistura ( 100% ) e os volumes correspondentes ao cheios da mistura AGREGADO GRAÚDO DNER-ME 081/98 e ASTM C AGREGADO MIÚDO DNER-ME 084/95 (Picnômetro de 500 ml)

170 Massa Específica Máxima (Teórica) da Mistura Densidade da mistura sem vazios: numericamente igual à massa total dividida pela soma dos volumes ocupados pelos materiais. DMT = 100. %Asf + %Ag + %Am + %f Dasf Dag Dam Df %Asf, %Ag, %Am, %f - percentagem de asfalto, agregados graúdo, miúdo e filer na mistura Dasf, Dag, Dam, Df - densidades reais Exemplo: Calcular a DMT de uma mistura %Asf = 6,0% Dasf = 1,03 %Ag = 60% Dag = 2,72 %Am = 30% Dam = 2,68 %f = 4,0% Df = 2,80 DMT = , ,0 1,03 2,72 2,68 2,80 DMT = 2,47

171 Densidade Aparente da mistura (Da): É a massa específica aparente da mistura compactada. É a relação da massa total da mistura e o seu volume total M Da M mis ar mis ar M M mis ar Ps mis sub Da M t V t Da M mis M M mis ar M SSS mis mis SSS su Balança M mis sub Balança Psub

172 Pocentagem de vazios na mistura ( Vv ): %Vv Vv V t Porcentagem de vazios do agregado mineral ( VAM ) É o volume total de vazios dado pela soma dos vazios da mistura mais o volume ocupado pelo asfalto.

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174 Relação Betume Vazios (RBV) Esta relação indica qual a porcentagem de vazios do agregado mineral é preenchida por betume. Se % RBV = 100 todos os vazios da mistura estariam preenchidos de asfalto. Se %RBV = 0 mistura sem asfalto.

175 Características Especificadas

176 Volumetria Densidade Máxima da Mistura (Teórica ou Medida): DMT ou DMM Mistura não-compactada Densidade Aparente da Mistura: Da Volume de Vazios: Vv Vazios no Agregado Mineral: VAM Relação Betume-Vazios: RBV Mistura compactada Densidade Efetiva dos Agregados: De ag

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178 Volumetria Vv VAM VCB RBV=VCB/VAM + Ampliar + Ampliar

179 Massa Específica Máxima Medida

180 Massa Específica Máxima Medida

181 Massa Específica Máxima Medida

182 ASTM 2041 Método RICE (MISTURAS NÃO COMPACTADAS) Definido como a razão entre o peso de agregados e o peso de ligante pelo volume de agregados, volume dos poros impermeáveis, volume dos poros permeáveis não preenchidos com asfalto e volume de asfalto; Essencial para o cálculo de ligante absorvido e do teor de vazios em misturas compactadas. VOLUME DO AGREGADO VAZIOS IMPERMEÁVEIS VOLUME DE VAZIOS NÃO PREENCHIDOS COM ASFALTO VOLUME DE VAZIOS PREENCHIDOS COM ASFALTO Gmm = A / (A + B C) Onde: A - peso da mistura seca no ar B - peso do frasco + água C - peso do frasco + água + mistura

183 DOSAGEM DO CONCRETO BETUMINOSO Para a dosagem do concreto asfáltico, normalmente devem ser vencidas as seguintes etapas: I. Escolha dos agregados e material asfáltico; II. Determinação das porcentagens dos agregados e filler devem contribuir na mistura. III. Determinação do teor ótimo de asfalto. IV. Comparação da mistura estudada com as exigências das especificações com relação aos vazios de ar, vazios do agregado mineral, granulometria e estabilidade.

184 Na dosagem do concreto asfáltico podem ser usados vários métodos como por exemplo: Marshall, Hubbard Field, Triaxial, Hveem, Ruiz, SUPERPAVE, etc. Os organismos rodoviários brasileiros (DNIT, DERs, etc) recomendam o método Marshall para dosagem do concreto asfáltico.

185 DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS DE INTERESSE E DAS CARACTERÍSTICAS MARSHALL DA MISTURA: São moldados CPs com % crescentes de asfalto: 4 a 8%. Os CPs tem a forma cilíndrica, apresentando: D = ~10 cm e H = 6,35 cm São compactados através de soquete que age sobre a mistura em um cilindro padronizado.

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188 APÓS A CONFECÇÃO DOS CPS PODEM SER CALCULADOS OS SEGUINTES PARÂMETROS: Densidade Real (DMT) Densidade Aparente (Da) % de Vazios (%Vv) % dos Vazios do agregado Mineral (%VAM) Relação Betume-Vazios (%RBV) APÓS OS CÁLCULOS INICIAIS, OS CPS PODEM SER SUBMETIDOS AOS ENSAIOS MECÂNICOS: Estabilidade (f) e Fluência Marshall (E) Resistência à Tração (RT)

189 DOSAGEM DO CBUQ PELO MÉTODO MARSHALL Determinação do teor ótimo de ligante: A medida que se varia o teor de ligante, a DMT, Da, E, Vv, VAM e RBV também sofrem variações. O teor de ligante de projeto será aquele que satisfizer, ao mesmo tempo, os limites especificados para os vários parâmetros de interesse.

190 O Teor de ligante de Projeto pode ser expresso: % de asfalto, em peso, em relação à mistura ou % de asfalto, em peso, em relação aos agregados. Exemplo: Suponhamos 3 materiais Agregado graúdo = 65% Agregado miúdo = 31% Filler = 4% Suponhamos que a % encontrada para o teor de ligante seja 6%, sobre 100% da mistura de agregados. Tem-se 2 maneiras de explicitar o traço da mistura:

191 Mais usual X 100 X = 5,66 5,66 94,34 (100-5,66) X 100 X = 6,00

192 CURVAS DE PROJETO Densidade Aparente (Da)

193 Vv (DNER) Porcentagem de vazios (Vv) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

194 RBV (DNER) Relação Betume-Vazios (RBV) ,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

195 % de Vazios do Agregado Mineral (VAM) VAM (DNER) 18,0 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

196 E (Kg) Estabilidade Marshall (E) 1300,0 1250,0 1200,0 1150,0 1100,0 1050,0 1000,0 950,0 900,0 850,0 4 4,5 5 5,5 6 Teor de Ligante (%)

197 Fluência (f)

198 Determinação do teor ótimo de ligante: O teor ótimo de ligante é adotado como sendo o valor médio dos seguintes teores de asfalto: I. % de asfalto correspondente à máxima E II. III. IV. % de asfalto correspondente à máxima Da % de asfalto correspondente à média dos limites estabelecidos nas especificações para o Vv % de asfalto correspondente à média dos limites estabelecidos nas especificações para a RBV Teor de projeto = TE + Td + Tvv + TRBV 4

199 Na Prática Tp

200 Observações: Após a definição do teor ótimo de asfalto deve-se estabelecer uma faixa de trabalho para este valor. Para o CBUQ esta variação é normalmente de 0,3%. O teor ótimo de ligante assim determinado deve ser conferido em todas as curvas traçadas, e caso não satisfaça alguns dos limites impostos pelas especificações, uma nova mistura deverá ser adotada.

201

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203 Vv (DNER) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

204 RBV (DNER) ,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

205 RBV (DNER) Vv (DNER) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%) ,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

206 VAM (DNER) 18,0 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

207 Resistência à Tração (Mpa) Estabilidade (Kg) ,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%) 2,00 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 Teor de Ligante (%)

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213 Exemplo Numérico Teor de Ligante t (%) Densidade Aparente d Densidade Máxima Teórica DMT Teor de Vazios Vv (%) Vazios do Agregado Mineral VAM (%) Relação Betume Vazios RBV (%) Estabilidade E (Kgf) Resistência à Tração RT (MPa) 4,7 2,334 2,520 7,38 17,79 58, ,89 5,0 2,360 2,509 5,94 17,14 65, ,96 5,3 2,373 2,498 5,00 16,93 70, ,03 5,6 2,396 2,487 3,65 16,38 77, ,16 5, ,476 2,67 16,16 83, ,08

214 RBV (%) Vv (%) 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 4 4,5 5 5,5 6 y = -3,9033x + 25,616 R² = 0,9956 Teor de Ligante (%) y = 20,767x - 38,957 R² = 0, ,5 5 5,5 6 Teor de Ligante (%)

215 VAM(%) d 2,44 2,42 2,40 2,38 2,36 2,34 2,32 2,30 y = 0,0627x + 2,0425 R² = 0, ,5 5 5,5 6 Teor de Ligante (%) 18,0 17,8 17,6 17,4 17,2 17,0 16,8 16,6 16,4 16,2 16,0 4 4,5 5 5,5 6 y = -1,34x + 23,982 R² = 0,9697 Teor de Ligante (%)

216 RT (MPa) E (Kg) 1300,0 1250,0 1200,0 1150,0 1100,0 1050,0 1000,0 950,0 900,0 850,0 4 4,5 5 5,5 6 Teor de Ligante (%) 1,2 1,2 1,1 1,1 1,0 1,0 0,9 0,9 0,8 4 4,5 5 5,5 6 Teor de Ligante (%)

217 Bloco 8 Técnicas Executivas: Usinas Asfálticas a Quente ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

218 Importância da Execução A qualidade da execução é determinante no conforto ao rolamento e desempenho de longo prazo de revestimentos asfálticos de pavimentos. A execução de revestimentos asfálticos pode ser feita de forma apropriada com diferentes técnicas, cada uma adequada a combinações específicas de fatores tais como temperatura, espessura do revestimento, propriedades dos materiais, entre outras. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

219 Principais Fatores da Execução Preparação da superfície Operação de usinas de asfalto Transporte de misturas asfálticas ou materiais Lançamento de misturas asfálticas ou materiais Compactação ou compressão ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

220 Operação de Usinas de Asfalto a Quente A produção de forma apropriada das misturas asfálticas é condição fundamental para o correto desempenho dos revestimentos. Uma usina de asfalto é um conjunto de equipamentos mecânicos e eletrônicos interconectados, de forma a produzir misturas asfálticas. Variam em capacidade de produção e podem ser estacionários ou móveis. O objetivo básico da usina de asfalto é proporcionar de forma adequada a mistura de frações de agregados, aquecer esta mistura e o ligante asfático e misturar o agregado ao ligante, produzindo misturas asfálticas dentro de características previamente especificadas. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

221 Operações Básicas na Produção de Misturas Asfálticas a Quente Estocagem e manuseio apropriados dos materiais componentes das misturas asfálticas na área da usina. Adequado proporcionamento e alimentação do agregado frio no secador. Secagem e aquecimento eficiente do agregado à temperatura apropriada. Controle e coleta eficiente de pó no secador. Adequado proporcionamento, alimentação e mistura do ligante asfáltico com o agregado aquecido. Correta estocagem, distribuição, pesagem e manuseio das misturas asfálticas produzidas. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

222 Estocagem de Agregados na Área da Usina ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

223 Proporcionamento e Alimentação do Agregado Frio no Secador ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

224 Secagem e Aquecimento do Agregado a Temperatura Apropriada ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

225 Tipos de Usinas de Asfalto a Quente Existem dois tipos básicos de usinas de asfalto. A usina por batelada, que produz quantidades individuais de misturas asfálticas; e as usinas drum mix, onde a produção é contínua. Os dois tipos de usinas têm condições de produzir atualmente as misturas asfálticas em uso corrente. Não existem misturas asfálticas com características particulares que condicionem sua produção em um tipo específico de usina. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

226 Usinas por Batelada (gravimétricas) 1. Silos frios 2. Depósito de ligante asfáltico 3. Correia alimentadora 4. Secador / aquecedor 5. Elevador quente 6. Peneirador / separador 7. Silos quentes de agregados 8. Alimentador de reciclado 9. Entrada de ligante e misturador 10. Correia transportadora 11. Silos quentes da mistura 12. Área de carregamento do estocado 13. Sala de controle 14. Sistema de controle e filtragem de gases e pó 15. Área de carregamento direto ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

227 Usinas por Batelada (gravimétricas) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

228 Usinas por Batelada (gravimétricas) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

229 Usinas Drum Mix (contínuas) 1. Silos frios 2. Correia alimentadora 3. Depósito de ligante asfáltico 4. Tambor secador, aquecedor e misturador 5. Alimentador de reciclado e posterior entrada de ligante 6. Correia transportadora 7. Silos quentes 8. Sala de controle 9. Sistema de controle e filtragem de gases e pó ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

230 Usinas Drum Mix (contínuas) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

231 Usinas Drum Mix (contínuas) Sala de controle em Usina Drum Mix ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

232 Tipos de Secadores Secadores por contra-fluxo - usados em usinas por batelada e drum mix. o agregado movimenta-se no sentido contrário ao do queimador. Secadores de fluxo paralelo usados em usinas drum mix. o agregado movimenta-se no mesmo sentido do queimador. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

233 Tipos de Secadores INÍCIO Fonte: Ciber Ltda. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

234 Tipos de Secadores INÍCIO Fonte: Ciber Ltda. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

235 Tipos de Secadores INÍCIO Fonte: Ciber Ltda. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

236 Tipos de Secadores Vista interna de um tambor secador ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

237 Controle e Coleta de Pó no Secador Fonte: Ciber Ltda. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

238 Nas Usinas Drum Mix a Produção de Misturas Asfálticas é Caracterizada por Controle de graduação na alimentação fria. Medida de fluxo de agregado por pesagem em movimento na correia. Proporcionar o ligante asfáltico em conformidade com o fluxo de agregado. Produção contínua de mistura asfáltica. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

239 Usina Drum Mix Móvel Fonte: Ciber Ltda. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

240 Calibragem das Usinas Usinas Contínuas Silos frios Velocidade da correia Vazão do ligante Usinas Descontínuas Silos frios Silos quentes Velocidade da correia Vazão do ligante ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

241 Calibragem das Usinas Exemplo de Mistura: Agregado % Agregado % Agregado % % Capacidade da Usina = 80 t/h QUANTIDADE NECESSÁRIA DE AGREGADO S x 20% x (100-teor de ligante) = 80X20% x 0,94 = 15,04 t/h S x 30% x (100-teor de ligante) = 80X30% x 0,94 = 22,56 t/h S x 50% x (100-teor de ligante) = 80X50% x 0,94 = 37,60 t/h LIGANTE...= 80 X 6% x 1,00 = 4,80 t/h TOTAL = 80 t/h ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

242 Calibragem das Usinas / Exemplo de Calibragem QUANTIDADE NECESSÁRIA DE AGREGADO E LIGANTE COMPRIMENTO DA CORREIA = 20m TEMPO PARA UMA VOLTA COMPLETA = 30s VELOCIDADE = [( 20/30)x3600] = m/h S ,04 / 2400 = 6,26 Kg/m DE CORREIA S ,56 / 2400 = 9,40 Kg/m DE CORREIA S ,60 / 2400 = 15,66 Kg/m DE CORREIA LIGANTE... = Kg/h = 1,33 Kg/s ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

243 Usinas Asfálticas a Frio A produção de misturas asfálticas a frio em usinas é realizada em equipamentos onde não há a preocupação com temperatura e secagem dos componentes. Fonte: CONSMAQ ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

244 Usinas Asfálticas a Frio ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

245 O Ensaio de Tração Diametral indireta Prof. Lobo Carneiro (1943)

246 d t

247 t 2F dt

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251 PLANO VERTICAL y F C 6F t d X 2F t d x y (compressão) F

252 Procedimento Marshall Desenvolvido por Bruce Marshall para o Mississippi Highway Department na década de US Army Corps of Engineers (USACE) começou a estudar em 1943 para 2ª Guerra Mundial (aeroportos). Soquete de 10 lb, 50 golpes/face, queda 18 ;

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255 A DEFORMABILIDADE EM MISTURAS ASFÁLTICAS

256 A previsão das tensões e deformações provenientes do tráfego e do clima que atuam na estrutura de um pav. é feita por métodos de cálculo que levam em consideração os esforços atuantes e as características de deformabilidade dos materiais que compõem o pav. Para se efetuar a análise de deformabilidade de uma estrutura é necessário conhecer as relações entre tensão e deformação de seus materiais constituintes.

257 Tanto o pavimento quanto o subleito estão sujeitos a uma solicitação dinâmica provenientes de cargas de diferentes intensidades e variadas frequências ao longo do dia e do ano. MEDINA (1997), Os ensaios de cargas repetidas procuram simular os efeitos e as condições reais de solicitação dos esforços gerados pela passagem das cargas de tráfego em uma estrutura de um pavimento.

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259 O Comportamento Dinâmico de Misturas Asfálticas Existem vários procedimentos de laboratório para se analisar o comportamento dinâmico de misturas betuminosas, podendo-se citar : (a)módulo complexo (dinâmico); (b)módulo elástico (flexão) (c)módulo diametral (resiliente ou indireto). O Módulo de Resiliência (MR) é análogo ao módulo de elasticidade E, sendo ambos definidos como relação entre tensão ( ) e deformação ( ). A diferença é que o Módulo de Resiliência é determinado em ensaio de carga repetida.

260 A determinação do Módulo de Resiliência de concreto asfáltico pode ser feita por vários tipos de ensaios de cargas repetidas. Os ensaios mais comumente usados são os seguintes: 1- ensaio de tração uniaxial 2- ensaio de compressão uniaxial 3- ensaio de flexão em viga 4- ensaio de tração diametral indireta 5- ensaio de compressão triaxial

261 O Conceito de Módulo de Resiliência de Misturas Asfálticas O ensaio dinâmico consiste em se solicitar uma amostra cilíndrica, por uma carga de compressão F distribuída ao longo de duas geratrizes opostas, sob frisos de cargas, e medir as deformações resilientes ao longo do diâmetro horizontal, perpendicular à carga F aplicada repetidamente

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263 As deformações diametrais e horizontais são medidas através de medidores eletromecânicos tipo LVDT. Este tipo de medida da relação x passou a ser designado de Módulo de Resiliência ou Resiliente. A forma mais usual de medir-se o MR de misturas asfálticas é através do ensaio de compressão diametral por cargas repetidas.

264 Ensaio de Compressão Diâmetral por Cargas Repetidas O ensaio teve como base de desenvolvimento os estudos realizados pelo Prof. Lobo Carneiro; Também conhecido como Ensaio de Tração Indireta; A carga sob um carregamento de compressão na vertical, causa uma tensão horizontal no CP. Freqüência: 1 Hz com duração de 1s Temperatura do ensaio é controlada a 25oC

265 ar comprimido t cilindro pressão d pistão friso LVDT amostra

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268 O MR é definido por:

269 12.7mm deformação específica resiliente horizontal MR F t 0,9976 0,2692 para d = 10,16 cm

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271 Equipamento capaz de aplicar pulso de carga na forma (1- cos(q)). Características do Equipamento de Ensaio (segundo ASTM D4123) Freqüência de aplicação - 1Hz. Duração do Pulso - 0,1s. Repouso - 0,9s (apenas com aplicação de pressão de contato). Dispor de câmara de temperatura regulável para as temperaturas de 5, 25, e 40 C (41, 77, 104 F) com precisão de +ou- 1,1 C. Cilindro hidráulico capaz de aplicar cargas com resolução de 4,45N - (1 lbf).

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281 Valores Típicos de MR para Misturas Asfálticas:

282 C 25 C Módulo de Resiliência (MPa) C 0 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Teor de Ligante (%)

283 MR - 10 C (MPa) giros 75 giros 75 golpes ,5 4 4,5 5 5,5 6 Teor de Ligante (%)

284 Vida de Fadiga de Misturas Asfálticas Com o ensaio de compressão diametral também é possível estimarse a vida de fadiga; O ensaio é realizado em no mínimo 3 CP Marshall até a ruptura; Temperatura constante (25 o C); As tensões aplicadas vão de 10% a 40% da carga de ruptura de um CP do ensaio de tração indireta estático.

285 VARIAÇÃO DE TENSÕES NO ELEMENTO II Distribuição de tensões sob tempo a roda hs CONCRETO ASFÁLTICO hs hi compressão acima do eixo neutro 3 tempo tração abaixo do eixo neutro BASE hi 3 tempo

286 Tensões no Revestimento VARIAÇÃO DE TENSÕES NO ELEMENTO II 2 Movimento v 1 3 tempo Revestimento h 1 2 acima do eixo neutro 3 tempo abaixo do eixo neutro I II III Direção das tensões principais tempo

287 VARIAÇÃO DE TENSÕES NO ELEMENTO II tempo acima do eixo neutro 3 tempo abaixo do eixo neutro 3 tempo

288 Vida de Fadiga

289 = h - v h = t v = c c = -3 t = t - c = t - (-3 t ) = t + 3 t = 4 t