EXECUÇÃO DE BASES E SUB-BASES

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1 EXECUÇÃO DE BASES E SUB-BASES

2 CONSTRUÇÃO DAS CAMADAS DO PAVIMENTO

3 OPERAÇÕES PRELIMINARES A) Regularização do Sub-Leito São operações de corte ou aterro para conformar transversal e longitudinalmente a estrada. Engloba pista e acostamento com movimentos de terra máximo de 20 cm de espessura. Os principais serviços a serem executados é a busca da umidade ótima e compactação até atingir 100% de densidade aparente máxima seca.

4 B) Reforço do Sub-Leito O reforço do sub-leito é executado sobre o sub-leito regularizado. As características do material a ser utilizado devem ser superiores ao do subleito e largura de execução desta camada é igual à da regularização ou seja ( pista + acostamento ).

5 CONSTRUÇÃO DE BASES E SUB-BASES A) Escavação, Carga e Descarga Os tratores produzem o material na jazida e armazenam numa praça. As carregadeiras retiram o material da praça e carregam os caminhões. Estes últimos transportam o material da jazida até a pista, descarregando em pilhas.

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9 B) EMPILHAMENTO = M V M =. V Ms = Mc e s c s e c s. (1 x 1 x es) = c. (1 x 1 x ec)

10 V s N e s d L V s q E N E ec Espessura compactada es Espessura solta c Densidade compactada s Densidade solta Vs Volume soltp L Largura da pista E Extensão do trecho N Nº de Viagens q Capacidade do caminhão

11 Exemplo numérico: Calcular o espaçamento entre pilhas de um material que deverá ser espalhado ao longo de um trecho de 600 m para execução de uma base com espessura de 20 cm. A largura da plataforma é de 14 m e a capacidade média dos caminhões é de 6 m 3. A massa específica solta é de 1,445 g/cm 3 e a compactada é de 1,860 g/cm 3.

12 Para o caso de dois ou mais materiais (mistura) a espessura solta pode ser calculada da seguinte forma: M M (1) (2) ec M c M (1) M M 1 2 X 100 Y 100 M M M M (2) M1 = X / 100 x ecm x cm esm1 x sm1 = X / 100 x ecm x cm M2 = Y / 100 x ecm x cm esm2 x sm2 = Y / 100 x ecm x cm es M1 X c ec M 100 sm M 1 es M 2 Y c ec M 100 sm M 2

13 C) MISTURA E ESPALHAMENTO

14 D) PULVERIZAÇÃO As funções principais da pulverização são: - Destorroar o material sem promover quebra de partículas - Mistura de água ou aditivo ao solo (solo cimento). - Fazer aeração do solo qdo a h de campo > h ótima.

15 E) UMIDIFICAÇÃO OU SECAGEM

16 F) COMPACTAÇÃO NO CAMPO 1- Por pressão ou rolagem Rolo Liso: - para solos granulares - para acabamento Rolo Pneumático (pressão variável): - pneu vazio maior área : menor pressão - pneu cheio menor área : maior pressão Rolo Pé de Carneiro: - para solos argilosos - compacta de baixo para cima

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19 2- Por impacto

20 3- Por vibração

21 A execução da compactação deve ser conduzida de forma adequada, observando-se o formato da superfície a ser compactada: - Trechos em tangente a compactação deve ser feita dos bordos para o eixo. - Trechos em curva a compactação deve ser feita do bordo interno para externo

22 Uma Cobertura 1 2 Final da rolagem em cada linha 2 linhas ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

23 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

24 O controle da compactação é feito em duas etapas: - Preliminar: controla-se o equip., o n de passadas, a espess. das camadas e o teor de umidade (método de campo). - Posterior: controla-se alguns parâmetros do solo após compact. como o GC. O grau de compactação é encontrado através da seguinte relação: d GC d campo laboratóri o 100

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26 G) CONTROLES Controle tecnológico (Recomendações do DNIT) Para regularização e reforço do sub-leito Ensaios de caracterização : de 250 em 250m ou 2 ensaios por dia ISC ou CBR : de 500 em 500m ou 1 ensaio para cada 2 dias. GC : de 100 em 100m (massa esp. Apar. in situ )

27 Para sub-base e base: Ensaios de caracterização : de 150 em 150 m CBR : de 300 em 300 m GC : de 100 em 100 m EA : de 100 em 100 m. Se LL 25 e/ou IP 6 ( base)

28 Controles Geométricos (Recomendações do DNIT) Para regularização e reforço do sub-leito ±3 cm em relação às cotas do projeto ± 10 cm em relação à largura da plataforma até 20% na flecha de de abaulamento Para sub-base e base: ±2 cm em relação às costas de projeto idem anterior idem anterior

29 G) ACEITAÇÃO (Análise Estatística) Os parâmetros especificados para as variadas fases da construção de sub-bases e bases (granulometria, LL, IP, CBR, GC, etc) devem ser submetidos a uma análise estatística para aceitação. Os valores máximos e mínimos decorrentes da amostragem a serem confrontados com os valores especificados serão calculados pelas fórmulas de controle estatístico recomendadas pelo contratante.

30 H) ACABAMENTO São feitos os ajustes finais, com pequenos serviços de acabamento, limpeza, correções da seção transversal, varredura, etc.

31 ESTABILIZAÇÃO QUÍMICA

32 Estabilização Solo-Cimento Solo-cimento é o produto endurecido resultante da mistura íntima compactada de solo, cimento e água, em proporções estabelecidas através de dosagem racional executada de acordo com as normas aplicáveis ao solo em estudo. Aplicações: Pavimentação de ruas e estradas; Passeios para pedestres; Quadras esportivas; Revestimentos de barragens; Silo trincheira; Terreiros de café; Obras de contenção; Canalização e proteção de pontes; Habitação: Tijolos, blocos, lajotas, paredes monolíticas, fundações, pisos, etc.

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34 Tipos de mistura de solos tratados com cimento: Solo-cimento; Solo melhorado com cimento; Solo-cimento plástico. Fatores que influem na estabilização solo-cimento: Tipo de solo; Presença no solo de materiais nocivos à hidratação do cimento: - Matéria orgânica; - Sulfatos; - Sais... Teor de cimento;

35 Teor de umidade da mistura h ot d max RCS max Operações de mistura e compactação; Tempo e condições de cura. FORNO MOAGEM MISTURA Solo-cimento + Água Calcário Argila Cal Cao C Sílica SiO2 S Triox. de Fe Fe2O3 F Clinker Cimento C3S b-c2s C3A + H2O + SOLO C4AF Reações de Hidratação. Reações da Cal gerada com os argilominerais (C.S.F.A)

36 Mecanismo de reação da mistura Solo-Cimento: Mistura Solo-Cimento Reações de Hidratação do cimento portland. Reações entre argilominerais e a cal liberada na hidratação do cimento. Reação de hidratação do cimento: 1 Ca 2 Ca 1 C3S H2O C3S2H x 2 Ca( OH) 2 Ca 2( OH) Ca(OH) (Gel Hidratado) 2 Se o PH da mistura abaixar: 2 OH 2 C S H x CSH Cal 3 SiO 2 Reações entre a cal gerada na hidratação e os argilominerais do solo. OH Al2O3 2 (Sílica do solo) (Alumina do solo) CSH CAH Reação Pozolânica

37 Dosagem de Solo-Cimento para Pavimentos NBR a) Ensaios preliminares do solo: Visando sua identificação e classificação, utiliza-se a classificação HRB e somente os solos tipo A1, A2, A3 e A4 são estudados para a mistura solo-cimento, descartando-se assim os solos argilosos e siltosos. b) Escolha do teor de cimento para ensaio de compactação É baseado no quadro a seguir. Este quadro foi retirado da Norma Geral de dosagem e pode ser usado quando não se tenham experiências anteriores com o solo em questão.

38 c) Execução do ensaio de compactação Feito para obtenção de hot e d max para o teor de cimento indicado. d) Determinação do teor de cimento para ensaio de compressão simples e) Moldagem e cura de CPs

39 f) Execução do ensaio de compressão simples (NBR 12025) g) Resultado da dosagem.

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42 Execução na pista (Senço, 1972) A mistura solo-cimento pode ser executada de duas formas: Mistura no local: com material da própria estrada com material vindo de fora Mistura em Central: usinas fixas: Betoneira, grandes centrais usinas móveis: Pulvi-mix

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44 Operações básicas para solo-cimento in-situ 1)Pulverização e determinação da umidade natural 2)Distribuição e espalhamento do cimento 3)Mistura do cimento com o solo pulverizado 4)Adição de água à mistura do solo-cimento 5)Mistura do solo-cimento umedecido 6)Compactação e acabamento 7)Cura 8)Preparo para execução do novo trecho

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46 Exemplo numérico Deseja-se construir uma camada de base de um pavimento rodoviário em solo-cimento. A execução deverá ser feita na própria pista, uma vez que não se dispõe de usina misturadora nas proximidades da obra. A seguir são dados todas as características técnicas dos materiais, do projeto e dos equipamentos a serem utilizados. Determine: a quantidade de solo a ser importado para a pista (n de viagens, espessura solta, espaçamento p/ descarga), a quantidade de cimento (massa de cimento, n de sacos, espaçamento dos sacos) e a quantidade de água (volume de água, número de viagens do carro-pipa) a ser utilizado no processo construtivo.

47 Dados: L extensão do trecho = 30 Km e c L espessura compactada = 15 cm largura da plataforma = 8m c teor de cimento em volume = 10% ci densidade do cimento = 1,42 g/cm 3 max sc densidade máxima do solo-cimento = 2,00 g/cm 3 s densidade do solo solto = 1,50 g/cm 3 H osc umidade ótima do solo-cimento = 11% H n umidade do solo natural = 4% H e perda por evaporação = 2% q capacidade dos caminhões transportadores = 6 m 3 Q capacidade das irrigadoras = 8000 l

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53 Estabilização Solo-Cal Esquema de Produção da Cal CaCO (Calcáreo) 2 3 CaCO MgCO 3 3 ( Calor ) CaO CO (Dolomito) ( Calor ) CaOMgO 2CO CaO óxido de cálcio não hidratado Cal Cálcica ou Calcitíca Cal viva Cal virgem CaOMgO Cal dolomítica 2 Hidratação da Cal: CaO H 2 O Ca OH 2 (calcácita hidratada) Calor CaOMgO H O Ca OH 2 2MgO (caldolomítica) hidratada) Calor

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55 Tipos de mistura Solo-Cal: Solo modificado com Cal Solo cimentado pela Cal Fatores que influem no processo de estabilização: Tipo de Cal empregada; Tipo de solo; Tempo de cura; Influência da temperatura.

56 Mecanismos de Reação da Mistura Solo-Cal a) Troca catiônica: A adição de cal ao solo provoca substituição de cátions monovalentes por cátions bivalentes. b) Floculação e Aglomeração: As reações provocam diminuição da dupla camada resultando na floculação das partículas argilosas. c) Reações pozolânicas: Reação da sílica e alumina do solo com a cal, formando os agentes cimentantes, que são os responsáveis pelo aumento de resistência na mistura solo-cal. d) Carbonatação: A cal reage com dióxido de carbono da atmosfera formando carbonatos de cálcio e/ou magnésio, que são compostos cimentantes fracos.

57 Principais funções do Solo-cal: Melhoria permanente das características do solo; Aumento do resistência à ação da água; Melhoria do poder de suporte; Melhoria da trabalhabilidade dos solos argilosos. Principais alterações: O IP cai; LP aumenta e LL decresce Fração do solo passante na #80 (0,42mm) decresce; Contração linear e expansão decrescem; Acelera a desintegração dos torrões de argila; Resistência à compressão aumenta; Aumento da capacidade de carga; Facilita a secagem do solo em áreas alagadas; Nas bases e sub-bases estabilizadas: - Produz barreira resistente à penetração da água por gravidade. - Promove rápida evaporação da umidade existente.

58 Estabilização Solo-Betume Introdução: Tipos de mistura: Areia Betume; Solo Betume. Principais funções do Betume: Em solos granulares: (Gera forças de natureza coesiva ao solo) Em solos argilosos: (Garantir constância do teor de umidade promovendo uma ação impermeabilizante) Teor de Betume: Métodos de dosagem:

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60 MATERIAIS ASFÁLTICOS (Noções Gerais)

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

62 (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.

63 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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65 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.

66 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

67 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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69 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.

70 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

71 ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO CIMENTO ASFÁLTICO DO PETRÓLEO (CAP)

72 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.

73 OBTENÇÃO DO CAP Destilação em apenas um estágio

74 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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77 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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80 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)

81 Refinaria Abreu e Lima - PE Refinaria Potiguar Clara Camarão - RN Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro (Comperj) - RJ Refinaria Landulpho Alves (RLAM)- BA Refinaria Lubrificantes e Derivados do Nordeste (Lubnor) - CE Refinaria Capuava (Recap) - SP Refinaria Duque de Caxias (Reduc) - RJ Refinaria Alberto Pasqualini (Refap) - RS Unidade de Industrialização do Xisto (SIX) - PR Refinaria Gabriel Passos (Regap) - MG Refinaria Isaac Sabbá (Reman) - AM Refinaria Presidente Getúlio Vargas (Repar) - PR Refinaria Presidente Bernardes (RPBC) - SP Refinaria de Paulínia (Replan) - SP Refinaria Henrique Lage (Revap) - SP

82 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.

83 Rendimento de CAP por petróleos (exemplos)

84 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.

85 CONSUMO DE ASFALTO NO BRASIL FONTE: PETROBRAS

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87 2010 ~ ~ ~ ~

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89 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

90 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

91 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

92 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

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

94 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

95 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

96 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

97 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

98 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

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

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

101 OBTENÇÃO ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

102 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

103 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

104 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

105 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

106 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

107 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

108 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

109 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

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

111 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

112 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

113 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

114 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

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

116 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

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

118 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

119 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

120 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

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

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

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

124 OBTENÇÃO ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

125 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

126 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

127 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

128 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

129 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

130 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

131 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

132 Asfalto Espuma ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

133 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

134 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

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

136 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

137 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

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

139 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

140 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

141 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

142 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

143 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. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

144 ASFALTOS MODIFICADOS (Asfaltos Polímeros) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

145 Estoque de pneus Pneu entrando na esteira Esteira de moagem Pneu sendo moído Diferentes fases de moagem Pneu moído ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

146 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 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

147 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

148 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. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

149 Bloco 2 Asfaltos Modificados ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

150 Asfaltos Modificados Por polímeros Por borracha de pneu ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

151 Razões para Substituição de Asfaltos Convencionais por Modificados Rodovias com alto volume de tráfego (ex.:corredores de ônibus). Melhoria da resistência à formação de trilhas de roda e ao trincamento por fadiga. Aumento da coesividade e adesividade. Criação de membranas de proteção das camadas superficiais de reflexão de trincas. Revestimento de pontes para diminuir susceptibilidade térmica e aumentar resistência à flexão. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

152 Razões para Substituição de Asfaltos Convencionais por Modificados Redução de custos de manutenção de pavimentos. Aumento da resistência ao envelhecimento e à oxidação. Aumento da resistência à abrasão de misturas. Uso de filmes mais espessos de ligante nos agregados. Aplicações em misturas CA e nas misturas não convencionais: SMA, ultradelgados, módulo elevado, camadas drenantes e microrrevestimentos. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

153 O Que São Polímeros Macromoléculas: moléculas gigantescas que resultam do encadeamento de dez mil ou mais átomos de carbono, unidos por ligações covalentes, podendo ser naturais (madeira, borracha, lã, asfalto, etc.) ou sintéticas (plásticos, borrachas, adesivos, etc.). Polímeros (do grego muitas partes ) são macromoléculas sintéticas, estruturalmente simples, constituídas de unidades estruturais repetidas em sua longa cadeia, denominadas monômeros. Os homopolímeros são constituídos por apenas um monômero, e os copolímeros são os que apresentam pelo menos dois monômeros em sua estrutura. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

154 Principais Tipos de Polímeros (1) Termorrígidos: são aqueles que não se fundem, degradam numa temperatura limite e endurecem irreversivelmente quando aquecidos a uma temperatura que depende de sua estrutura química. Apresentam cadeias moleculares que formam rede tridimensional que resiste a qualquer mobilidade térmica. Por exemplo: resina epóxi, poliester, poliuretano. Termoplásticos: são aqueles que se fundem e se tornam maleáveis reversivelmente quando aquecidos. Normalmente consistem de cadeias lineares, mas podem ser também ramificadas. São incorporados aos asfaltos à alta temperatura. Por exemplo: polietileno, polipropileno, PVC. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

155 Principais Tipos de Polímeros (2) Elastômeros: são aqueles que, desde que vulcanizados, apresentam propriedades elásticas. Quando aquecidos, decompõem-se antes de amolecer. Não vulcanizados apresentam comportamento plástico. Por exemplo: SBR (estireno butadieno). Elastômeros termoplásticos: são aqueles que, a baixa temperatura, apresentam comportamento elástico, mas quando aumenta a temperatura passam a apresentar comportamento termoplástico. Por exemplo: SBS (estireno butadieno estireno) e EVA (Etileno acetato de vinila). ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

156 Polímeros Empregados na Modificação de Asfalto PIARC (1999) Espanha: 39% SBR, 26% EVA, 18% SBS e 12% SB. França: 80% elastômeros e 20% plastômeros. Hungria: 45% SBS, 39% SBR e 15% EVA. Polônia: 61% SBS, 36% SBR e 3% NR. Portugal: 66% SBS e 33% EVA. Malásia: 72% NR e 28% SBS. Austrália: 44% SBS, 34% BMP e 23% EVA. Áustria: 76% SBS, 18% resinas e 6% NR. Argentina: SBR em microrrevestimento, EVA em camada drenante e SBS em CBUQ. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

157 Conformação Espacial do SBS Copolímero em bloco. Os triblocos podem ser parcialmente hidrogenados Domínio Butadiênico AAAAABBBBBAAAAA A A A A B B AAAAABBXBBAAAAA B B A A A A Domínio Estirênico A = Estireno B = Butadieno ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

158 Morfologia do Asfalto Modificado por SBS Ensaio de controle durante a produção Matriz Asfáltica Inversão de Matriz Matriz Polimérica Microscópio Ótico de Fluorescência ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

159 Asfaltos Modificados por SBS Temperatura de usinagem e de compactação mais elevadas devido à alta viscosidade. SBS é o polímero que confere as melhores propriedades elásticas ao ligante modificado. SBS é de difícil incorporação, requer equipamentos sofisticados, formulação bem ajustada e bom controle das condições operacionais. Estabilidade à estocagem é fator importante e depende do tipo de fabricação. Apresenta boa resistência ao envelhecimento ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

160 Morfologia do SBR Copolímero randômico. Apresenta-se sob forma de látex de fácil dispersão no CAP. PM altos acarretam aumento de viscosidade, limitando seu emprego em 3%. Propriedades mecânicas inferiores às do SBS. Existem vários tipos de SBR de mesmo teor de estireno, mas com propriedades distintas que resultam em misturas compatíveis com CAP de diferentes procedências. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

161 Asfaltos Modificados por SBR SBR é facilmente incorporado ao CAP e não requer agitador de alto cisalhamento. Alta viscosidade a alta temperatura. Compatibilidade é fator crítico à semelhança do SBS. Teor limitado a 3,5% em peso correspondendo a PG 70. Melhor grau de desempenho PG não está associado ao maior retorno elástico. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

162 Morfologia do EVA Maior teor de acetato, maior caráter amorfo e se aproxima de elastômero. Menor teor de acetato, maior a cristalinidade, comportamento plastomérico. Solubiliza em frações saturadas devido a natureza alifática - seqüências etilênicas de alto PM. Região Cristalina Região Amorfa ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

163 Asfaltos Modificados por EVA São fluidos pseudoplásticos acima de 100ºC. Apesar de ser considerado um plastômero, a região amorfa do EVA confere elasticidade, permitindo valores de retorno elástico de até 60%. Ligante com 5% de EVA apresenta valores de ângulos de fase e toughness& tenacity a 25ºC bem próximos aos obtidos com ligantes com 3% de SBS. Fácil incorporação. Apresenta boa resistência ao envelhecimento. Estabilidade à estocagem não é fator crítico, não é dependente da composição do CAP. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

164 Morfologia do PE (Polietileno) Conformação plana com regularidade de cadeia, cristalino. PE funcionalizado com ramificações de 4 a 5 átomos de carbono, visualizadas por NMR produzem misturas compatíveis e menor viscosidade, devido ao menor volume molar e semelhança de parâmetros de solubilidade do CAP e polímero. Fácil dispersão no CAP. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

165 Asfaltos Modificados por PE Obtenção de asfaltos modificados compatíveis e com baixa viscosidade a alta temperatura. A incorporação do PE não requer alto cisalhamento. Boa resistência ao envelhecimento. Promove resistência à deformação permanente. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

166 Especificação de asfalto-polímero (SBS) Proposta: Comissão de Asfalto do IBP (2005) GRAU (Ponto de Amolecimento min./recuperação elástica min) Método 50/65 55/75 60/85 65/90 Ensaios na amostra virgem ABNT Limite de Especificação Penetração 25oC, 5s, 100g, dmm NBR Ponto de Amolecimento min., o C NBR Ponto de Fulgor, min. o C NBR Viscosidade Brookfield a 135 o C, spindle 21, 20 RPM, max. cp NBR Viscosidade Brookfield a 150 o C, spindle 21, 20 RPM, max. cp NBR Viscosidade Brookfield a 177 o C, spindle 21, 20 RPM, max. cp NBR Ensaio de separação de Fase, max., o C NBR Recuperação Elástica a 25 o C, 20cm, min. % NBR Ensaios no Resíduo do RTFOT Variação de Massa, max., % NBR Aumento do Ponto de Amolecimento, o C, max. NBR Redução do Ponto de Amolecimento, o C, max. NBR Percentagem de Penetração Original, min. NBR Percentagem de Recuperação Elástica Original a 25 o C, min. NBR ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

167 Modificação Elastomérica x CAP Convencional VANTAGENS maior coesão melhor adesão alta viscosidade* resistência ao envelhecimento** maior elasticidade resistência a tensões cisalhantes maior benefício/custo DESVANTAGENS risco de estocagem a longo prazo risco de ligante heterogêneo * evita reflexão de trincas ** asfalto borracha se destaca entre os demais nestas propriedades ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

168 Asfalto Borracha Modificação de CAP por acréscimo de borracha moída de pneu. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

169 Asfaltos Modificados por Borracha Moída de Pneu (BMP) São fluidos pseudoplásticos acima de 100ºC. Processo de incorporação utiliza alta temperatura e alto cisalhamento que propicia desvulcanização parcial da borracha moída durante a incorporação no asfalto. Processo depende do tamanho da partícula para garantia de compatibilidade. Menor tamanho de partícula da borracha propicia maior viscosidade a alta temperatura. Misturas com borracha de pneu requerem 3 a 4 vezes mais quantidade que polímero virgem para alcançar as mesmas propriedades reológicas, devido ao fato de a borracha conter 40 a 50% de elementos não polímeros e os polímeros estarem vulcanizados. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

170 CONAMA Resolução 26/08/99 I - a partir de 01/01/2002: para cada quatro pneus novos fabricados no País ou pneus importados, inclusive aqueles que acompanham os veículos importados, as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a um pneu inservível; II - a partir de 01/01/2003: para cada dois pneus novos fabricados no País ou pneus importados,..., as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a um pneu inservível. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

171 CONAMA Resolução 26/08/99 III - a partir de 01/01/2004: a) para cada um pneu novo fabricado no País ou pneu novo importado,..., as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a um pneu inservível; b) para cada quatro pneus reformados importados, de qualquer tipo, as empresas importadoras deverão dar destinação final a cinco pneus inservíveis; IV - a partir de 01/01/2005: a) para cada quatro pneus novos fabricados no País ou pneus novos importados,..., as empresas fabricantes e as importadoras deverão dar destinação final a cinco pneus inservíveis; b) para cada três pneus reformados importados, de qualquer tipo, as empresas importadoras deverão dar destinação final a quatro pneus inservíveis. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

172 Tipos de Uso da Borracha de Pneu em Revestimentos Asfálticos Processo úmido: incorporação ao CAP como um polímero modificador das características. Processo seco: incorporação à mistura asfáltica como substituição de parte do agregado. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

173 Requisitos da Borracha Moída de Pneu para Processo Úmido Peneira % Passante BMP Tipo 1 BMP Tipo 2 # 8 (2,36 mm) # 10 (2,00 mm) # 16 (1,80 mm) # 30 (600 mm) # 50 (300 mm) # 100 (150 mm) # 200 (75 mm) ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

174 Borracha Moída de Pneu COMPOSIÇÃO TÍPICA (ASTM D 297 Termogravimetria) Cinzas 8 % máx Negro de fumo 28 a 38% SBR 42 a 65% Borracha natural 22 a 39% Solúveis em acetona 6 a 16% ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

175 Incorporação de Borracha Moída de Pneu PROCESSO ÚMIDO 4 1 Pneus usados transformam-se... 2 Sacos de borracha moída 3 Borracha é misturada com o betume Silos dos agregados 5 Agregados aquecidos no tambor/secador 6 BMP é misturado com os agregados 8 Os caminhões são carregados e levados para a obra 7 A mistura betuminosa com BMB é colocada em silos ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

176 Exemplo de Amostra de Asfalto Borracha ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

177 Exemplo de Amostra de Asfalto Borracha asfalto - borracha CAP 50/70 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

178 Especificação asfalto borracha (DER/PR ES- 28/05) Cimento asfáltico modificado com adição de borracha de pneumáticos Ensaio Característica Exigência Mínima Máxima DNER- ME 003/94 Penetração, 100g, 5s, 25ºC, 0,1mm DNER- ME 148/94 Ponto de fulgor, ºC DNER ME 193/96 Densidade relativa, 25ºC 1,00 1,05 ABNT NBR 6560/00 Ponto de Amolecimento, ºC 55 - NLT 329/91 Recuperação elástica por torção 50 ABNT NBR 14736/01 Efeito do calor e do ar Variação em massa,% - 1,0 Porcentagem da penetração original 50 ASTM 2196/99 Viscosidade Brookfield a 175ºC, cp ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

179 Usina Móvel de Preparação de AMB Arizona - USA Controle de qualidade em campo pelo viscosímetro ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

180 Incorporação da Borracha de Pneu ESTOCÁVEL Alta temperatura; Agitação em alto cisalhamento; Despolimerização; Desvulcanização; NÃO ESTOCÁVEL Inchamento superficial da borracha nos maltenos do CAP; Borracha com maior tamanho de partícula; Reação da borracha desvulcanizada e despolimerizada com moléculas do CAP; Menor viscosidade; Rápida incorporação para evitar redução de viscosidade; Não ocorre despolimerização nem desvulcanização; Borracha com menor tamanho de partícula. Agitação em baixo cisalhamento. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

181 Exemplo de usina de CA com caminhão tanque de asfalto borracha estocável alimentando a fabricação da mistura ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

182 Máquina de produção de asfalto borracha não estocável ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

183 Requisitos Físicos do Asfalto Borracha ASTM D Não Estocável PROPRIEDADES TIPOS EM FUNÇÃO DO CLIMA 1 - QUENTE 2 - MODERADO 3 - FRIO Visc. Rotacional a 117 C, Pa.s 1,5 4 1,5 4 1,5 4 Penetração a 4 C, 200g, 60 s, dmm 10 mín. 15 mín. 25 mín. Ponto de Amolecimento, C 58 mín. 54 mín. 51 mín. Resiliência a 25 C, % 30 mín. 25 mín. 15 mín. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

184 Asfalto Modificado por Borracha Retarda Reflexão de Trinca Exemplo Segmento 8 AMB Segmento 7 PG Asfalto Convencional Foto: Leite, 2002 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

185 Aplicações de Asfaltos Borracha Concreto asfáltico denso; Membranas absorvedoras de tensão (SAM); Camada intermediária anti-reflexão de trincas (SAMI); Concreto asfáltico descontínuo (Gap Graded); Camada porosa de atrito (Aberto); Camada Selante (Cape Seal); Tratamento superficial. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

186 Asfaltos Modificados por Polímeros São fluidos pseudoplásticos acima de 100ºC. A estimativa de viscosidade a diferentes temperaturas por extrapolação não é válida. A viscosidade não pode ser determinada através de viscosímetros capilares ou Saybolt Furol. Deve ser determinada em viscosímetros dinâmicos com registro da taxa de cisalhamento e geometria. SUPERPAVE está estudando medidas mais adequadas para medir a viscosidade a alta temperatura para asfaltos polímeros e asfalto borracha. Dificuldade de estabelecer temperaturas de misturação e compactação. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

187 Asfaltos Modificados por Produtos Naturais Produtos: gilsonita, asfaltita, asfalto natural de Trinidad: Melhoram a susceptibilidade térmica e a resistência à formação de trilhas de roda, sem prejudicar a resistência à fadiga; Uso na Europa, EUA, Argentina; No Brasil existe uma experiência em Brasília com asfaltita (Liberatori, 2000), entre outros testes. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

188 Asfaltos mais Adequados às Condições Brasileiras Resistência à fadiga: asfaltos modificados por SBS, SBR, BMP e EVA. Resistência à deformação permanente: asfaltos modificados por SBS, BMP, PE e EVA ou CAP 40. Em CBUQ a seleção do tipo e teor de polímero a ser empregado no asfalto modificado pode ser efetuada a partir do critério SUPERPAVE. Em revestimentos drenantes, é necessário o uso de asfaltos modificados. Em microrrevestimentos: SBR ou SBS, ou mistura de EVA com PIB, na ordem de 3 a 4%, Através da seleção do valor do módulo de resiliência e/ou resistência à tração adequados àquele tipo de serviço (função do projeto), a partir de banco de dados. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

189 Asfaltos mais Adequados às Condições Brasileiras Escolha do teor e tipo de polímero depende do clima, tráfego e tipo de serviço desejado. SUPERPAVE trouxe vantagens na avaliação do asfalto modificado, permitindo medidas de ângulo de fase e correlações com desempenho em misturas modificadas. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

190 Observações Finais O pavimento é uma estrutura complexa, que requer dimensionamento adequado, controle da usinagem e da aplicação do revestimento betuminoso, e ainda controle de cargas durante o serviço, sendo o asfalto modificado por polímero apenas um dos materiais que podem ser empregados no revestimento superficial, que não é o único responsável pelo desempenho. ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

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

192 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

193 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

194 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

195 - 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

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

197 - 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

198 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

199 Penetração ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

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

201 Penetração ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

202 - 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

203 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

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

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

206 - Índice De Suscetibilidade Térmica (Pfeiffer Van Doormal) Onde PVD 500xlog PEN 20PA log PEN PA 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

207 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

208 - 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

209 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

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

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

212 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

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

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

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

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

217 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

218 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

219 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

220 - 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

221 ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

222 ASFALTOS t 1P 2 Kg / m Kg 1/ seg m 0,1N seg m 2 2 seg Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

223 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

224 - Viscosidade Saybolt Furol Viscosímetro Saybolt Furol ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

225 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

226 Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

227 - 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

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

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

230 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; ou 170±20 cp 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. ou 280±30 cp ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

231 Viscosidade (cpoise) Temperatura ( C) Faixa de Mistura Faixa de Compactação ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

232 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

233 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

234 SERVIÇOS DE IMPRIMAÇÃO / PINTURA DE LIGAÇÃO 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).

235 Funções da Imprimação a) 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). Tipos de Asfaltos Utilizados na Imprimação - São utilizados asfaltos diluídos de baixa viscosidade, afim de permitir a penetração do ligante nos vazios da base. - São indicados os tipos CM-30 e CM-70.

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237 Execução da Imprimação a) Varredura da pista - São 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 podese umedecer ligeiramente

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239 b) Aplicação do asfalto - Feita por meio do caminhão espargidor de asfalto: equipado com barra espargidora e caneta distribuidora, bomba reguladora de pressão, tacômetro e conta giro

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242 b) Aplicação do asfalto - A quant. de material aplicado: de 0,7 a 1,0 l/m2. - 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. O complemento dos trechos onde ocorreram falhas é feito pela caneta distribuidora.

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244 c) Controles de execução 1ª) Controle com régua: Mede-se a quantidade gasta de ligante para executar um determinado trecho, obtendo-se a taxa em l/m2. 2ª) Controle da bandeja ou folha de papel: Coloca-se uma bandeja (área conhecida) sobre a superfície a ser imprimada. Após a passagem do espargidor recolhe-se a bandeja (ou papel) e determina-se a quantidade de ligante distribuída através da diferença de peso antes e depois da passagem do caminhão. O controle da uniformidade : O excesso deve ser eliminado através do recolhimento e as falhas devem ser preenchidas através da caneta distribuidora ou regrador.

245 PINTURA DE LIGAÇÃO Também 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

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247 Tipos de Asfaltos Utilizados na Pintura de Ligação - Emulsões asfálticas dos tipos: Ruptura rápida: RR-1C e RR-2C Ruptura média: RM-1C e Rm-2C - Asfaltos diluídos CR-70 (exceto para superfícies betuminosas) Execução da Pintura de Ligação a) Varredura da pista: idem imprimação b) Aplicação do asfalto: Também é feita pelo caminhão espargidor. A quantidade de material aplicado é da ordem de 0,5 l/m2. c) Controles de execução: idem imprimação

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

249 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

250 CONCRETO ASFÁLTICO Norma DNIT 031/2006 ES

251 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.

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

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254 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)

255 Sequência Executiva: Fabricação (Usinas) Transporte Lançamento Compactação

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

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261 Composição da Mistura

262 % 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)

263 Constituição da Mistura

264 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)

265 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

266 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 Da M mis ar M M mis ar mis sub Da M t V t Da M mis M mis ar M SSS mis sub M mis ar Ps Balança M mis SSS M mis sub Balança Psub

267 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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269 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.

270 Características Especificadas

271 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

272 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.

273 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.

274 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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277 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)

278 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.

279 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:

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

281 CURVAS DE PROJETO Densidade Aparente (Da)

282 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 (%)

283 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 (%)

284 % 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 (%)

285 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 (%)

286 Fluência (f)

287 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

288 Na Prática Tp

289 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.

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295 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 (%)

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

297 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 (%)

298 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 (%)

299 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 (%)

300

301

302 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

303 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 (%)

304 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 (%)

305 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 (%)

306 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 ;

307

308

309 Resistência a Tração por Compressão diametral de Misturas Asfálticas

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

311 d t

312 t 2F dt

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314

315 Deformabilidade de Misturas Asfálticas

316

317 Para se efetuar a análise de deformabilidade de uma estrutura é necessário conhecer as relações entre tensão e deformação de seus materiais constituintes.

318 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.

319 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),

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322 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.

323 Módulo de Resiliência de Misturas Asfálticas

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325 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.

326 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

327 ar comprimido t cilindro pressão d pistão friso LVDT amostra

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330 O MR é definido por:

331 12.7mm deformação específica resiliente horizontal MR F t 0,9976 0,2692 para d = 10,16 cm

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334 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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346 Fadiga de Misturas Asfálticas

347 Vida de Fadiga de Misturas Asfálticas Com o ensaio de compressão diametral também é possível estimar-se 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.

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

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356 Vida de Fadiga

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362 Long-Term Pavement Performance Program

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364 Deformação Permanente de Misturas Asfálticas

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