Aula 08: Ligantes Asfálticos - Características e Tipos

Faculdade de Engenharia Curso de Engenharia Civil Período letivo 2021 2 Disciplina Estradas II Prof Dr Agleison Ramos Omido Aula 08 Ligantes Asfálticos Mistura de hidrocarbonetos e outros elementos químicos que provém do refino do petróleo pela destilação do mesmo Essa mistura é muito utilizada na pavimentação Concreto asfáltico é o termo utilizado para nomear a mistura de agregados com ligante asfáltico chamado erroneamente de asfalto É um concreto que ao invés de utilizar um ligante hidráulico cimento Portland utiliza um ligante asfáltico Os ligantes asfálticos apresentam uma produção de aproximadamente 102 milhões de toneladasano sendo aproximadamente 85 utilizado para pavimentação e o restante em outras aplicações impermeabilizações Tipos de ligantes asfálticos Processo de produção O ligante asfáltico pode ser obtido através do refino do petróleo por destilação fracionada em um ou dois estágios Características que o tornam atrativo para ser usado na pavimentação Aglutinante flexível impermeável resistente boa trabalhabilidade Além disso apresenta um baixo custo de aquisição se comparado ao custo do ligante hidráulico Ligantes asfálticos CIMENTO ASFÁLTICO DE PETRÓLEO CAP Ligante que apresenta várias consistências desde os mais duros até os mais macios Não tem nenhuma adição É o ligante da forma como foi extraído do petróleo Tem alta viscosidade sendo necessário trabalhar em altas temperaturas LIGANTES MODIFICADOS CAP em que se adicionam produtos químicos para melhorar suas características elasticidade flexibilidade coesão entre outras Modificadores populares são os polímeros Um produto bastante utilizado é a borracha triturada que adicionada ao CAP produz o asfalto borracha ASFALTO DILUÍDO DE PETRÓLEO ADP Obtémse adicionando um solvente também extraído do petróleo ao CAP Tem baixa viscosidade pois é diluído podendo ser utilizado em temperaturas menores Usado por exemplo em imprimação EMULSÃO ASFÁLTICA DE PETRÓLEO EAP ou EA Gotículas de CAP suspensas em meio aquoso com emulsificante Viscosidade baixa utilizado em temperaturas menores Substituindo os ADP pela não utilização do solvente Composição Química C H N S O V Ni Fe Mg Classificação de acordo com a composição Propriedades Físicas Para uma aplicação adequada dos materiais asfálticos é necessário a sua caracterização através da execução de alguns ensaios de laboratório Ensaios físicos Penetração DNIT 1552010 ME destinase a medir a consistência do asfalto através da medida de penetração de uma agulha padronizada com 100 g durante 5 segundos numa amostra de asfalto a 25 C Ponto de amolecimento DNIT 1312010 ME anel e bola ensaio no qual um anel metálico que envolve uma amostra de asfalto é colocada num recipiente com água de forma a ficar 25 cm do seu fundo posteriormente aquecese o recipiente e determinase a temperatura na qual uma bola metálica passa pelo anel e toca no fundo do frasco Amostra de massa m de petróleo Saturados 5 a 20 m Aromáticos 40 a 65 m Resinas envolvem os asfaltenos Asfaltenos 5 a 25 m Óleos viscosos Pálidos ou transparentes Líquidos viscosos Marrom escuro Sólidos ou semisólidos Marrom escuro Sólidos amorfos Marrom ou preto Fonte Livro Pavimentação asfáltica Motta Bernucci Soares e Ceratti Modelo de micelas de Yen h Fonte Liede et al 2008 Início do ensaio Final do ensaio Viscosidade NBR 149502003 e NBR 147562001 avaliação da viscosidade dos ligantes asfálticos em estado líquido A viscosidade dinâmica ou absoluta é medida à determinada temperatura e corresponde ao tempo em segundos que uma certa quantidade de material leva para escoar através do orifício padrão do viscosímetro Saybolt Furol antigo Gera uma curva de μ x T Também pode ser obtida com mais precisão no ensaio de Brookfield Viscosidade SayboltFurol Viscosidade dinâmica Brookfield Susceptibilidade térmica DNIT 0952006 EM Indica a sensibilidade da consistência do ligante à variação de temperatura É definido pela norma Ponto fulgor NBR 113412014 é o ensaio onde se determina a temperatura em que os vapores emanados de uma amostra de material betuminoso se inflamam quando em contato com uma chama Está relacionado à segurança durante o manuseio transporte e usinagem Para a norma o ponto de fulgor mínimo para os ligantes asfálticos é de 235 oC Solubilidade NBR 148552015 Ensaio ligado à pureza do ligante Dissolvese uma amostra do ligante em solvente tricloroetileno executase um processo de filtragem e realizase a determinação da de massa retida no filtro A norma especifica uma massa retida 05 isto é uma solubilidade 995 Ductibilidade DNIT 16398 ME DNIT 1302010 ME neste ensaio procurase avaliar a capacidade do asfalto de suportar alongamentos para isto utilizase uma amostra moldada num molde especial e que uma das suas extremidades fica presa num suporte fixo e outra presa num suporte móvel dentro de uma caixa com água a 25C a parte móvel deslocase até romper a amostra e medese o afastamento das duas partes Ligantes mais rígidos Alongamento 60 cm Ligantes mais macios Alongamento 100 cm Variante do ensaio Medir a recuperação elástica A norma do DNIT especifica que Efeito do calor e do ar O ligante asfáltico é um material que sofre envelhecimento oxidação Altas temperaturas Oxigênio O envelhecimento do ligante depende também da área superficial em contato com o ar Na usinagem o ligante envolve o agregado formando uma película fina Grande área superficial Calor T 150 oC Oxigênio No transporte a mistura está solta Temperatura alta e elevado índice de vazios Após a compactação o processo de envelhecimento é reduzido pois tanto a temperatura quanto o índice de vazios diminuem Ele ocorre mas não é tão acentuado quanto na usinagem e transporte O ligante deve ser ensaiado após o processo de envelhecimento pois suas propriedades mudam O ensaio relacionado ao envelhecimento ou oxidação do CAP o qual é denominado de ensaio de durabilidade tipo RTFOT A palavra RTFOT é obtida das iniciais do nome do ensaio em inglês que são Rolling Thin Film Oven Test ou teste da estufa da película fina rotativa Durabilidade NBR 152352009 Determinação do efeito do calor e do ar em uma película delgada giratória As principais características do ensaio de durabilidade tipo RTFOT são as seguintes Uma amostra de CAP é colocada dentro de um recipiente de vidro o qual fixado a um disco giratório instalado dentro de uma estufa a 163 oC Durante 1h e 25min a amostra de CAP é girada e submetida a jatos de ar quente a cada 3 ou 4 segundos cujo objetivo é acelerar a oxidação ou envelhecimento da mesma Na sequência a amostra de CAP oxidado é retirada da estufa e submetida a outros ensaios tais como ensaio de penetração ensaio ponto de amolecimento etc Finalmente os resultados dos ensaios realizados com o CAP oxidado são comparados com os resultados dos ensaios realizados com o CAP não oxidado ou original e são verificados por exemplo A queda da penetração do CAP oxidado em relação ao CAP não oxidado ou original O aumento do ponto de amolecimento do CAP oxidado em relação ao CAP não oxidado e O aumento do valor da viscosidade do CAP oxidado em relação ao CAP não oxidado Especificações técnicas DNIT 0952006 A Norma foi preparada pela Diretoria de Planejamento e Pesquisa para servir como documento base na sistemática a ser adotada para cimentos asfálticos de petróleo isentos de aditivos para emprego direto em pavimentação Foi elaborada tendo por base o Anexo I Regulamento Técnico nº 32005 da Resolução ANP nº 19 de 11072005 Está baseada na Norma DNIT 0012002PRO e cancela a Norma DNEREM 20495 O objetivo da norma é fixar as características exigíveis para cimentos asfálticos de petróleo empregados em pavimentação Os cimentos asfálticos de petróleo conforme sua procedência são classificados CAP3045 CAP5070 CAP85100 E CAP150200 Asfalto diluído de Petróleo ADP O Asfalto diluído de Petróleo ADP é o material resultante da diluição de um CAP em um destilado leve ou médio São atualmente fabricados CR250 Obtido com a diluição do CAP em gasolina É indicado para Pinturas de ligação Tratamentos superficiais e Prémisturados a frio sendo considerado um ADP de cura rápida e CM30 e CM70 Obtidos com a diluição do CAP em querosene sendo o CM30 mais fluido e o CM70 mais viscoso São indicados para os serviços de Imprimação sendo considerados ADP de cura média Os ligantes betuminosos CAP e ADP são fabricados pelas Refinarias ou Fábricas de Asfalto da Petrobrás Emulsões asfálticas As emulsões asfálticas são obtidas pela dispersão do CAP em água ou viceversa com o auxílio de um agente emulsionador formando um sistema constituído de uma fase asfáltica dispersa numa fase aquosa ou então de uma fase aquosa dispersa em uma fase asfáltica Dependendo do tipo de agente emulsionador empregado podem ser dos tipos catiônica C ou aniônica E dependendo do tempo de ruptura podem ser dos tipos RR ruptura rápida RM ruptura média e RL ruptura lenta Assim o tempo de ruptura e a viscosidade da emulsão estão ligados à quantidade e qualidade do agente emulsionador usado no seu preparo Os tipos de emulsões asfálticas catiônicas produzidos e com uso generalizado na Pavimentação são os seguintes RR1C RR2C RRMC Emulsões de Ruptura Rápida RM1C e RM2C Emulsões de Ruptura Média e RL1C LA1C e LA2C Emulsões de Ruptura Lenta As emulsões de Ruptura Rápida são indicadas para Pinturas de Ligação e Tratamentos Superficiais As emulsões de Rupturas Média e Lenta são indicadas para Premisturados a Frio sendo as do tipo LA indicadas para Lama Asfáltica Nos últimos anos tem sido desenvolvida a técnica do controle de ruptura para a emulsão tendo sido criada a emulsão com controle de ruptura para utilização na lama asfáltica com ruptura controlada LARC e o aditivo é acrescentado no momento de sua utilização Os ligantes tipo Emulsão Asfáltica são fabricados pelos Distribuidores de Asfalto que adquirem a matéria prima CAP na Refinaria ou Fábrica de Asfalto da Petrobrás e nela adicionam os seus agentes emulsionadores Asfalto Modificado por Polímero AMP Polímeros são macro moléculas sintéticas constituídas por monômeros repetidos São exemplos o plástico e o PVC Classificação quanto à temperatura Termorrígidos Termoplásticos Elastômeros Elastômeros termoplásticos Atualmente as cargas nas rodovias aumentaram e provocam o surgimento de patologias que antes não aconteciam A adição de polímeros melhora as características do ligante Vantagens dos polímeros Resistência às deformações permanentes Resistência ao trincamento por fadiga Resistência ao trincamento por baixa temperatura Pouco consumo 3 a 8 em relação ao CAP Misturas Asfálticas Mistura asfáltica Todo material produzido a partir da associação de agregados e ligantes No Brasil a mistura asfáltica mais utilizada é o concreto asfáltico ou CBUQ Concreto Betuminoso Usinado a Quente Requisitos Impermeabilidade Flexibilidade Estabilidade Durabilidade Resistência à derrapagem Dosagem da mistura asfáltica A dosagem de uma mistura asfáltica tem consistido até hoje na escolha através de procedimentos experimentais de um teor dito ótimo de ligante a partir de uma faixa granulométrica predefinida O teor ótimo de ligante asfáltico varia de acordo com o método de dosagem e é função de parâmetros como energia de compactação tipo de mistura temperatura a qual o pavimento estará submetido entre outros O método de dosagem mais usado mundialmente faz uso da compactação por impacto e é denominado método Marshall em referência ao engenheiro Bruce Marshall que o desenvolveu na década de 1940 Durante a década de 1980 várias rodovias norteamericanas de tráfego pesado passaram a evidenciar deformações permanentes prematuras que foram atribuídas ao excesso de ligante nas misturas Muitos engenheiros acreditavam que a compactação por impacto das misturas durante a dosagem produzia corposdeprova CP com densidades que não condiziam com as do pavimento em campo Esse assunto foi abordado no estudo realizado nos Estados Unidos sobre materiais asfálticos denominado Strategic Highway Research Program SHRP que resultou em um novo procedimento de dosagem por amassamento denominado Superpave O procedimento SHRPSuperpave ainda não é de uso corrente no Brasil embora vários trabalhos científicos o tenham utilizado Método Marshall de dosagem DNER ME 04395 DNIT 1782018 Determinação da estabilidade e fluência de misturas betuminosas usinadas a quente utilizando o aparelho Marshall a Seleção da faixa granulométrica a ser utilizada na mistura dependendo da sua finalidade b Determinação das massas específicas reais do CAP e dos agregados c Escolha do percentual em massa de cada agregado que irá compor a mistura de modo que esta se enquadre nos limites da faixa granulométrica escolhida d Escolha das temperaturas de mistura e de compactação CP a partir da curva viscosidadetemperatura do ligante escolhido e Definir traços com cinco teores de asfalto em massa já que o corpo de prova deve ter 1200 g após a moldagem f Após as medidas volumétricas os CP são submersos em banhomaria a 60C por 30 a 40 minutos para atingir a Ttrabalho Decorrido esse tempo retiramse os CP colocandoos imediatamente dentro do molde de compressão e são determinadas por meio da prensa Marshall as propriedades mecânicas das misturas estabilidade e fluência Estabilidade Marshall N carga máxima que o corpo de prova resiste antes da ruptura Fluência mm deslocamento na vertical apresentado pelo corpo de prova com a aplicação da carga máxima Você pode encontrar o passo a passo deste e outros ensaios nas normas citadas eou no livro Pavimentação Asfáltica Formação Básica para Engenheiros Liedi Bariani Bernucci Laura Maria Goretti da Motta Jorge Augusto Pereira Ceratti Jorge Barbosa Soares que pode ser obtido no link PDF Pavimentação Asfáltica Formação Básica para Engenheiros researchgatenet Materiais diversos Cimento pode ser utilizado para estabilizar melhorar ou enrijecer camadas de solos ou de agregado resultando em camadas de alto desempenho Também está presente nos pavimentos rígidos onde uma camada de concreto funciona como base e revestimento simultaneamente Os blocos prémoldados de concreto são outra alternativa em obras viária Cal A cal pode ser utilizada para o enrijecimento ou a estabilização de camadas de agregados e solos principalmente argilas Sua utilização como material de enchimento de misturas asfálticas também é possível Subprodutos industriais Excelentes resultados têm sido obtidos com o uso de pozolanas escórias siderúrgicas cinzas volantes e resíduos reciclados empregados isoladamente ou em misturas com solos ou agregados como camadas de base e subbase em construções viárias Geotêxteis e geogrelhas Produto fabricado a partir de polímeros sintéticos é usado no campo viário as mais variadas funções tais como separador filtragem dreno reforço etc