MATERIAIS BETUMINOSOS

Transcrição

1 Pavimentos de Estradas II MATERIAIS BETUMINOSOS Prof. Carlos Eduardo Troccoli Pastana (14) AULA 13

2 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Conceituação: Aproximadamente 95% das rodovias são executadas com MATERIAL ASFÁLTICO; Material mais reciclado do mundo; Apresenta maior qualidade de rolamento: menor atrito e menor ruído; Diversas aplicações: rodovias, barragens reservatórios, etc Pavimentos de Estradas II 2

3 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Aeródromo Rodovia Pavimentos de Estradas II 3

4 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Interseções Quadra de tênis Pavimentos de Estradas II 4

5 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Materiais Betuminosos: BETUME: mistura de hidrocarbonetos de elevado peso molecular, solúvel no bissulfeto de carbono, que compõe o asfalto e o alcatrão Pavimentos de Estradas II 5

6 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Materiais Betuminosos: Alcatrões: É uma substância betuminosa, espessa, escura e de forte odor, que se obtém da destilação destrutiva de carvão, madeira, açúcar, constituindo um subproduto da fabricação de gás e coque metalúrgico Pavimentos de Estradas II 6

7 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Materiais Betuminosos: Alcatrões: É uma substância betuminosa, espessa, escura e de forte odor, que se obtém da destilação destrutiva de carvão, madeira, açúcar, constituindo um subproduto da fabricação de gás e coque metalúrgico Pavimentos de Estradas II 7

8 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Materiais Betuminosos: Asfaltos: Material cimentante, preto, sólido ou semisólido, que se liquefaz quando aquecido, composto de betume e alguns outros metais. Pode ser encontrado na natureza (CAN), mas em geral provém do refino do petróleo (CAP). O betume extraído direto da natureza (CAN) era utilizado para evitar vazamentos de água e até mesmo na preparação de múmias Pavimentos de Estradas II 8

9 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Materiais Betuminosos: Asfaltos: Asfalto natural da Ilha de Trindade Pavimentos de Estradas II 9

10 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Materiais Betuminosos: Asfaltos: Pavimentos de Estradas II 10

11 Temperaturas gasolina 37 a 204º C querosene 177 a 302º C óleo diesel 218 a 371º C óleos lubrificantes acima de 343º C Pavimentos de Estradas II 11

12 Pavimentos de Estradas II 12

13 1.2.1.Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP: A Especificação Brasileira EB-78 do Instituto Brasileiro de Petróleo juntamente com ABNT, assim define o cimento asfáltico de petróleo: Cimento asfáltico de petróleo é o asfalto obtido especialmente para apresentar as qualidades e consistências próprias para o uso direto na construção de pavimento, tendo uma penetração a 25º C entre 5 e 300 sob uma carga de 100 g aplicada durante 5 segundos Pavimentos de Estradas II 13

14 1.2.1.Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP: Os cimentos asfálticos utilizados no Brasil, são classificados pela viscosidade, conforme tabela a seguir: Pavimentos de Estradas II 14

15 Pavimentos de Estradas II 15

16 Asfalto Diluído ou Recortado: São asfaltos que resultam da diluição de um cimento asfáltico de petróleo (CAP) 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 temperatura menores que a do cimento asfáltico nesta aplicação Pavimentos de Estradas II 16

17 Asfalto Diluído ou Recortado: CL - Cura Lenta. CL - asfaltos recortados de Cura Lenta (antiga SC Slow Curing) tem como solvente o óleo diesel Pavimentos de Estradas II 17

18 Asfalto Diluído ou Recortado: CL - Cura Lenta. CM - Cura Média. CM - asfaltos recortados de Cura Média (antiga MC Médium Curing) tem como solvente o querosene Pavimentos de Estradas II 18

19 Asfalto Diluído ou Recortado: CR - Cura Rápida. CR - asfaltos recortados de Cura Rápida (antiga RC Rapid Curing) tem como solvente a gasolina. CL - Cura Lenta. CM - Cura Média Pavimentos de Estradas II 19

20 Asfalto Diluído ou Recortado: CR - Cura Rápida. CR - asfaltos recortados de Cura Rápida (antiga RC Rapid Curing) tem como solvente a gasolina. CL - Cura Lenta. CM - Cura Média Pavimentos de Estradas II 20

21 Pavimentos de Estradas II 21

22 Emulsões Asfálticas: São dispersões coloidais de uma fase asfáltica em uma fase aquosa ou vice-versa, obtidas a partir da mistura, em meio intensamente agitado, de asfalto aquecido com água, na presença de emulsificantes. Os emulsificantes têm a finalidade de dar estabilidade à mistura, favorecer a dispersão, revestir os glóbulos de asfalto com uma película protetora e conferir a eles uma carga elétrica. Em função da carga elétrica das partículas, as emulsões podem ser catiônica (+), aniônicas (-) ou não iônicas (sem carga) Pavimentos de Estradas II 22

23 Emulsões Asfálticas: Pavimentos de Estradas II 23

24 Emulsões Asfálticas: Ácido RR - Ruptura Rápida. RR - emulsões de Ruptura Rápida (RS Rapid Setting) Pavimentos de Estradas II 24

25 Emulsões Asfálticas: Ácido RR - Ruptura Rápida. RM - Ruptura Média. RM - emulsões de Ruptura Média (MS Medium Setting) Pavimentos de Estradas II 25

26 Emulsões Asfálticas: Ácido RR - Ruptura Rápida. RM - Ruptura Média. RL - Ruptura Lenta. RL - emulsões de Ruptura Lenta (SC Slow Curing) Pavimentos de Estradas II 26

27 Emulsões Asfálticas: Pavimentos de Estradas II 27

28 Emulsões Asfálticas: FASE II FASE I Dois líquidos imiscíveis separados em duas fases (I e II). Emulsão da fase II dispersa na fase I Pavimentos de Estradas II 28

29 Emulsões Asfálticas: A emulsão instável progressivamente retorna ao seu estado inicial de fases separadas. O surfactante se posiciona na interface entre as fases I e II, estabilizando a emulsão Pavimentos de Estradas II 29

30 Emulsões Asfálticas: Quanto à velocidade de ruptura, as emulsões asfálticas se classificam em três tipos: Ruptura Rápida RR São indicadas para pinturas de ligação e na construção de revestimentos por penetração. Ruptura Média RM Utilizadas principalmente para mistura com agregados graúdos e miúdos. Ruptura Lenta RL Utilizadas principalmente para mistura com agregados graúdos e miúdos Pavimentos de Estradas II 30

31 Emulsões Asfálticas: As emulsões especiais são fabricadas sem carga elétrica (não iônica). As especificações de serviço fixam as características básicas para emulsões asfálticas catiônicas, aniônicas e especiais. As catiônicas e aniônicas são classificadas pela sua ruptura, viscosidade, C = Catiônica; teor de solvente e resíduo asfáltico, nos seguintes 1 e 2 tipos: Viscosidade crescente 1. RR 1C, RR 2C emulsões asfálticas catiônicas de ruptura rápida. 2. RM 1C, RM 2C emulsões asfálticas catiônicas de ruptura média. 3. RL 1C emulsão asfáltica catiônicas ruptura lenta Pavimentos de Estradas II 31

32 Emulsões Asfálticas: Aniônicas: 1. RR 1, RR 2 emulsões asfálticas aniônicas de ruptura rápida. 2. RM 1, RM 2 emulsões asfálticas aniônicas de ruptura média. 3. RL 1 emulsão asfáltica aniônicas de ruptura lenta. As emulsões especiais utilizadas na fabricação de lama asfáltica recebem o símbolo LA, seguido de uma ou duas indicações, conforme sua ruptura e carga de partícula: 1. LA 1, LA 2 emulsões aniônicas de lama asfáltica. 2. LA 1C, LA 2C emulsões catiônicas de lama asfáltica. 3. LA E emulsão especial de lama asfáltica Pavimentos de Estradas II 32

33 Emulsões Asfálticas: Especificações Brasileiras (DNC 44/97) Pavimentos de Estradas II 33

34 Emulsões Asfálticas: Emulsões Asfálticas Especiais - Lama Asfáltica (CNP - 17/73) Pavimentos de Estradas II 34

35 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Propriedades do asfalto para pavimentação Adesivo termoplástico: Passa do estado líquido ao sólido de maneira reversível; A colocação no pavimento se dá a altas temperaturas; Através do resfriamento o CAP adquire as propriedades de serviço comportamento visco-elástico Pavimentos de Estradas II 35

36 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Propriedades do asfalto para pavimentação Quimicamente pouco reativo: Garante boa durabilidade; Contato com o ar acarreta oxidação lenta, que pode ser acelerada por temperaturas altas; Para limitar risco de envelhecimento precoce evitar temperatura excessiva de usinagem e espalhamento e alto teor de vazios Pavimentos de Estradas II 36

37 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Propriedades do asfalto para pavimentação Impermeável à água; Comportamento visco-elástico relacionado à consistência e à suscetibilidade térmica: tráfego rápido comportamento elástico tráfego lento comportamento viscoso Pavimentos de Estradas II 37

38 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Tipos de Revestimentos Asfálticos: Revestimentos Asfálticos por Mistura; Revestimentos Asfálticos por Penetração; Aspectos importantes: Dosagem; Qualidade dos materiais; Controle tecnológico (GC = 97%); Integração projeto estrutural Pavimentos de Estradas II 38

39 2. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR MISTURA Pode ser executada à quente ou à frio; Necessita de misturador apropriado; Pode ser utilizado como: Revestimento; Binder camada de ligação localizada imediatamente abaixo da capa; Base Pavimentos de Estradas II 39

40 2. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR MISTURA Corpo de prova de Concreto Asfáltico Pavimentos de Estradas II 40

41 2. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR MISTURA Corpos de prova de Concreto Asfáltico Pavimentos de Estradas II 41

42 Armazenamento Retorno Secundário Unidade de Mistura Contínua Usina Drum Mixer Exaustor para Atmosfera Exaustor Coletor Caixa da transportadora Armazenamento de agregados finos Secador Transportadora Carregamento de caminhões Misturador de tambor Fluxo Paralelo Transportadora Agregado Frio Aquecedor Armazenamento de Asfalto Pavimentos de Estradas II 42

43 Armazenamento Retorno Secundário Unidade de Mistura Contínua Usina Drum Mixer Exaustor para Atmosfera Exaustor Coletor Misturador de tambor Secador Caixa e transportadora Transportadora Armazenamento de agregados finos Carregamento de caminhões Misturador de tambor Fluxo Paralelo Transportadora Agregado Frio Aquecedor Armazenamento de Asfalto Pavimentos de Estradas II 43

44 Unidade de Produção do Tipo DRUM MIXER Armazenamento de Asfalto Misturador de tambor Fluxo Paralelo Armazenamento Carregamento de caminhões Pavimentos de Estradas II 44

45 Unidade de Produção do Tipo DRUM MIXER Pavimentos de Estradas II 45

46 Pavimentos de Estradas II 46

47 Pavimentos de Estradas II 47

48 Unidade de Produção por batelada Usina gravimétrica Pavimentos de Estradas II 48

49 Usina gravimétrica Pavimentos de Estradas II 49

50 Usina gravimétrica Pavimentos de Estradas II 50

51 Usina gravimétrica Pavimentos de Estradas II 51

52 Triple Drum Pavimentos de Estradas II 52

53 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Pode ser executada à quente ou à frio; Executado em pista; Pode ser utilizado como revestimento, em camada intermediária Pavimentos de Estradas II 53

54 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO BASE 4ª. ETAPA Agregado miúdo 3ª. ETAPA Ligante 2ª. ETAPA Agregado graúdo 1ª. ETAPA Ligante Pavimentos de Estradas II 54

55 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO BASE 5ª. ETAPA Compactação 4ª. ETAPA Agregado miúdo 3ª. ETAPA Ligante 2ª. ETAPA Agregado graúdo 1ª. ETAPA Ligante Pavimentos de Estradas II 55

56 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Unidade de transporte e espargimento Pavimentos de Estradas II 56

57 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Ligante Pavimentos de Estradas II 57

58 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Espalhamento de Agregados Pavimentos de Estradas II 58

59 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Espalhamento de Agregados Pavimentos de Estradas II 59

60 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Espalhamento de Agregados Pavimentos de Estradas II 60

61 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Compactação Pavimentos de Estradas II 61

62 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Compactação Pavimentos de Estradas II 62

63 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Compactação Pavimentos de Estradas II 63

64 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Acabamento Pavimentos de Estradas II 64

65 3. REVESTIMENTO ASFÁLTICO POR PENETRAÇÃO Acabamento Pavimentos de Estradas II 65

66 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Principais Ensaios para controle dos cimentos asfálticos: Viscosidade Saybolt-Furol Penetração Espuma Densidade Relativa Solubilidade Teor de Betume Ponto de Fulgor Ductilidade Ponto de Amolecimento anel e bola Pavimentos de Estradas II 66

67 Viscosidade Saybolt-Furol (DNER - ME 004/94) A viscosidade Saybolt-Furol é o tempo, em segundos, que uma determinada quantidade de material betuminoso (60ml) leva para fluir através de um orifício de dimensões padronizadas, a uma determinada temperatura. O ensaio se destina a medir a consistência dos materiais betuminosos em estado líquido, de uma forma prática Pavimentos de Estradas II 67

68 Penetrômetro Penetração (DNER - ME 003/99) A consistência de um cimento asfáltico no estado semi-sólido é medida pelo ensaio de penetração. Consiste em determinar a profundidade, em décimos de milímetro, que uma agulha padronizada penetra verticalmente, durante 5 segundos em uma amostra de cimento asfáltico numa temperatura de 25ºC. A massa total atuante na agulha é de 100 g. Amostra de cimento asfáltico Pavimentos de Estradas II 68

69 Espuma Água Os cimentos asfálticos de petróleo (CAP) não devem conter água, porque espumam com o aquecimento, causando até explosões. A medida que se procede o aquecimento do CAP contaminado com água, há uma resistência natural proporcionada pelo CAP à evaporação da água, que quando vencida, pode lançar a longas distâncias partículas de asfalto, causando graves acidentes de trabalho. A contaminação pode, por exemplo, ocorrer por entrada de água no caminhão de transporte ou nos tambores de depósito dos cimentos asfálticos Pavimentos de Estradas II 69

70 Densidade Relativa É a relação entre a massa do CAP a 20ºC e massa de igual volume de água a 4ºC. Considerando a massa específica da água igual a 1,0 g/cm3, o número representativo da densidade do CAP é, portanto, adimensional. No procedimento para sua determinação são utilizados os chamados picnômetros de Hubbard e balanças analíticas de grande sensibilidade. Picnômetros Pavimentos de Estradas II 70

71 Solubilidade Teor de Betume (DNER - ME 010/94) O ensaio de solubilidade no bissulfeto de carbono tem por finalidade determinar o grau de pureza do material, ou seja, quantidade de betume contida no material asfátlco, expressa em porcentagem. A porção insolúvel é constituída por impurezas, enquanto que a solúvel representa os constituintes ativos aglutinantes. Os asfaltos derivados do petróleo são cerca 99,5% solúveis, os asfaltos naturais cerca de 75%, enquanto que os alcatrões são solúveis de 75% a 90%, devido à presença do carbono livre Pavimentos de Estradas II 71

72 Ponto de Fulgor (NBR 11341) É a menor temperatura na qual os vapores emanados durante o aquecimento do material betuminoso se inflamam quando sobre eles passa uma chama sob determinadas condições. Tem por finalidade evitar acidentes de trabalho e verificar possível contaminação do cimento asfáltico com asfalto diluído. Os CAP s têm Ponto de Fulgor normalmente superior a 230ºC. A sua contaminação com o asfalto diluído diminui sensivelmente a temperatura de inflamação do CAP e se reflete também na aptidão à compactação da mistura betuminosa Pavimentos de Estradas II 72

73 Ponto de Fulgor (NBR 11341) Ensaio de Ponto de Fulgor Pavimentos de Estradas II 73

74 Dutilidade (NBR 6293) É a distância em centímetros que uma amostra de material betuminoso, em condições padronizadas, submetida a uma tração, em condições especificadas, se rompe. A temperatura do ensaio é de 25ºC e a velocidade de deformação de 5cm/min. A dutilidade é a propriedade de um material suportar grandes deformações (alongamento) sem ruptura. Moldes para colocação da amostra Conjunto molde amostra Pavimentos de Estradas II 74

75 Dutilidade (NBR 6293) 25º C por 30 minutos Banho d'água Ruptura do ligante Pavimentos de Estradas II 75

76 Dutilidade (NBR 6293) 25º C por 30 minutos Banho d'água Ruptura do ligante Pavimentos de Estradas II 76

77 Ponto de Amolecimento (NBR 6560) Determina a temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido em condições padronizadas. É a mais baixa temperatura na qual uma esfera metálica padronizada, atravessando um anel também padronizado e cheio com o material betuminoso, percorre uma determinada distância, sob condições especificadas Pavimentos de Estradas II 77

78 Ensaio do Ponto de Amolecimento Ponto de Amolecimento (NBR 6560) Material utilizado Anéis moldados e resfriados Pavimentos de Estradas II 78

79 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Principais Ensaios para controle das emulsões: Carga da Partícula Peneiramento Sedimentação Viscosidade Desemulsão Pavimentos de Estradas II 79

80 Carga de Partícula (DNER - ME 002/98) O ensaio tem por finalidade determinar a polaridade dos glóbulos de CAP e conseqüentemente caracterizar a emulsão quanto a carga da partícula: catiônica (+), aniônica (-), ou não iônica. (+) (-) (-) (-) Emulsão aniônica ( ): CAP depositou no anodo (+) Emulsão catiônica (+): CAP depositou no catodo ( - ) Emulsão não iônica: não há depósito Pavimentos de Estradas II 80

81 Carga de Partícula (DNER - ME 002/98) Eletrodos após a imersão Pavimentos de Estradas II 81

82 Carga de Partícula (DNER - ME 002/98) Lavagem dos eletrodos Pavimentos de Estradas II 82

83 Carga de Partícula (DNER - ME 002/98) Eletrodos lavados Pavimentos de Estradas II 83

84 Carga de Partícula (DNER - ME 002/98) Uma emulsão catiônica depositará uma camada de asfalto sobre o catodo (eletrodo negativo), enquanto o anodo (eletrodo positivo) ficará limpo. Eletrodos lavados Pavimentos de Estradas II 84

85 Peneiramento (DNER - ME 005/94) O ensaio se destina em verificar a presença de glóbulos de asfalto de grandes dimensões, consistindo em passar ml, de emulsão na peneira nº 20 (0,84mm), determinando-se a percentagem, em peso, retida. As especificações admitem uma percentagem máxima retida de 0,10% Pavimentos de Estradas II 85

86 Sedimentação (DNER - ME 006/00) Caracteriza a capacidade de uma emulsão apresentar uma estabilidade à estocagem prolongada sem que haja separação das fases constituintes. É admitida uma percentagem máxima de sedimentação de 5%, para que a emulsão seja considerada de boa estabilidade à estocagem na obra Pavimentos de Estradas II 86

87 Viscosidade (NBR 14491) A viscosidade de uma emulsão é influenciada pela consistência da fase dispersante e pelo teor de resíduo asfáltico existente. A ruptura parcial da emulsão no nível do orifício de escoamento pode falsear a medida da viscosidade sendo, portanto, conveniente utilizar o termo pseudoviscosidade no lugar de viscosidade. Este ensaio é realizado em temperaturas que variam de 25ºC a 50ºC, dependendo do tipo de emulsão Pavimentos de Estradas II 87

88 Desemulsão (DNER - ME 063/94) É um ensaio destinado a classificar as emulsões catiônicas de ruptura rápida (RR) e média (RM), ou seja, determinar a velocidade de ruptura, sendo portanto, um ensaio de estabilidade. Uma quantidade conhecida de emulsão é parcial ou totalmente rompida pela adição de um regente adequado, sendo o resultado obtido expresso em percentagem do teor do asfalto residual da emulsão Pavimentos de Estradas II 88

89 1. PAVIMENTAÇÃO COM MATERIAIS BETUMINOSOS Ensaios para misturas asfálticas: Marshall Test Hveen Triaxial de Shimitd Hubard Field Superpave Pavimentos de Estradas II 89

90 Pavimentos de Estradas II 90