MATERIAIS ASFÁLTICOS E SUAS APLICAÇÕES 1. Materiais Asfálticos Liigantes Asfálticos Materiais...

MATERIAIS ASFÁLTICOSE

SUAS APLICAÇÕES

1

Materiais AsfálticosLiigantes Asfálticos

Materiais Betuminosos

• O Asfalto é um dos mais antigos e versáteis materiais de construção utilizadas pelo homem;

• O uso em pavimentação é um dos mais importantes e um dos mais antigos;

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Registros históricos

• Como material de assentamento de alvenarias, na Mesopotâmia;

• Como material impermeabilizante, na Arca de Noé (citação bíblica);

• Em serviços de mumificação, pelos egípcios.

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Aplicação nos últimos séculos

• Aplicações pioneiras em pavimentos com betumes de jazidas naturais: na França (1802), nos Estados Unidos (1838) e Inglaterra (1869);

• A partir de 1909, iniciou-se o emprego de betume derivado do petróleo;

• No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico.

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Materiais Asfálticos - definições

Materiais asfálticos são associações de hidrocarbonetos solúveis em bissulfeto de carbono. São materiais constituídos essencialmente de betume. São subdivididos em duas categorias:

Asfaltos: obtidos através da destilação do petróleo. Podem ser naturais ou provenientes de refinação do petróleo.

Alcatrões: são obtidos através da refinação do alcatrão bruto, que por sua vez são originados do carvão mineral ou vegetal, constituindo um subproduto da fabricação de gás e coque metalúrgico. Em desuso em pavimentação.

5

Lago de Asfalto NaturalTrinidad Tobago

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Materiais Betuminosos - definições

BETUME: mistura de hidrocarbonetos de elevado peso molecular, solúvel no bissulfeto de carbono, que compõe o asfalto e o alcatrão (NBR 7.200/ABNT).

ASFALTO: material cimentante, preto, sólido ou semi-sólido, que se liquefaz quando aquecido, composto de betume e alguns outros metais. Pode ser encontrado na natureza (CAN), mas em geral provém do refino do petróleo (CAP). 7

Outras definições e uso

• Piche: é obtido da destilação do alcatrão bruto, mas também pode ser obtido de asfaltos impróprios para refino;

Emprego do Piche: fabricação de tintas primárias de imprimação, impermeabilizantes ou anticorrosivas para madeira, ferro e taludes (erosão), mastiques, fixação de blokrets e lajotas de pavimentação.

8

Outras definições e uso

• Breu: sólido à temperatura do ambiente e de maior dureza que os outros betuminosos, é um produto obtido da refinação do piche, perdendo quase todo o betume;

• O emprego do piche e do breu não é hoje reconhecida pelas normas de pavimentação, nem de impermeabilização.

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Aplicações dos Materiais Asfálticos

• Na construção civil, é largamente utilizado em serviços de impermeabilização, mas o seu maior uso ocorre em pavimentação rodoviária.

• Em pavimentos flexíveis ou pavimentos asfálticos, o material betuminoso é usado principalmente na construção de revestimentos asfálticos.

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Razões para o uso do asfalto em pavimentação

• Proporciona forte ligação dos agregados e permite flexibilidade controlável;

• É impermeabilizante;

• É durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais;

• Pode ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas combinações de esqueleto mineral, com ou sem aditivos.

11

Revestimentos asfálticos

• Revestimentos asfálticos são uma associação de agregado mineral e material asfáltico, executados de várias maneiras e em várias espessuras.

• A associação pode ser feita de duas maneiras:

- por mistura;

- por penetração: macadames betuminosos e tratamentos superficiais

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A importância do asfalto

O asfalto é o material responsável pela ligação entre os agregados, capaz de resistir à ação desagregadora do tráfego e é o elemento impermeabilizante contra as infiltrações das águas superficiais.

O CAP representa de 25 a 40% do custo da construção do revestimento (R$1,20/kg)

13

Propriedades do asfalto

• Adesivo termoplástico:

– passa do estado líquido ao sólido de maneira reversível;

– a colocação no pavimento se dá a altas temperaturas;

– através do resfriamento o CAP adquire as propriedades de serviço comportamento visco-elástico.

• Impermeável à água.14

Propriedades do asfalto

• Quimicamente pouco reativo:

– garante boa durabilidade;

– contato com o ar acarreta oxidação lenta, que pode ser acelerada por temperaturas altas;

– para limitar risco de envelhecimento precoce: evitar temperatura excessiva de usinagem (máx. de 177ºC) e espalhamento e alto teor de vazios.

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Propriedades do asfalto

• Adesivo termoplástico:– comportamento visco-elástico.

• Comportamento visco-elástico relacionado à consistência e à suscetibilidade térmica:– tráfego rápido comportamento

elástico– tráfego lento comportamento viscoso

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Materiais asfálticos utilizados em pavimentação

Cimento asfáltico de petróleo (CAP) Asfaltos diluídos de petróleo (ADP) Emulsões asfálticas (EA) Asfaltos modificados (por polímeros-AMP ou por

borracha-AMB, etc.) Agentes rejuvenescedores: AR e ARE (agente

rejuvenescedor emulsionado) Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial Asfalto-espuma*

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Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAPs)

• São produtos obtidos da refinação do petróleo.

• São semi-sólidos a temperatura ambiente, necessitando de aquecimento para adquirir consistência adequada para uso em pavimentação.

• Cimento asfáltico de petróleo (CAP) é classificado pela penetração desde 2005.

• Antes (1992 -2005) classificado pela viscosidade ou pela penetração.

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Composição Química dos Asfaltos

• São constituídos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais – vanádio, níquel, ferro, magnésio e cálcio)

• A composição química do CAP tem influência no desempenho físico e mecânico das misturas asfálticas

• A maior influência é nos processos de incorporação de polímeros

19

Composição Química dos Asfaltos

• ASTM D 4124-01, separa as frações em:

– Asfaltenos;– Nafteno-aromáticos– Saturados;– Polar-Aromáticos

20

Composição Química dos Asfaltos

• Na Europa - Método SARA:

– S: Saturados– A: Aromáticos– R: Resinas– A: Asfaltenos

21

Relação entre composição e propriedades físicas

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.

saturados ‑ têm influência negativa na suscetibilidade térmica. Em maior concentração, amolecem o produto.

asfaltenos ‑ contribuem para a melhoria da suscetibilidade térmica e aumento da viscosidade.

22

Asfaltenos• Os asfaltenos se caracterizam como um sólido de cor

negra, de peso específico maior que 1;• • Contêm grande quantidades de hidrocarbonetos

aromáticos, cujo tipo depende da origem do petróleo e do seu processo de refino;

• • Quanto maior o porcentual de asfaltenos, mais duro e

viscoso será o CAP;

• Geralmente, o teor de asfaltenos varia entre 5 e 25% do CAP.

23

Resinas

• São solúveis em éter de petróleo se apresentam como líquidos de cor escura, viscosos, de composição complexa;

• De natureza polar e fortemente adesiva;

• As proporçoes de resina e asfaltenos governam o comportamento como solução (Sol) e como gelatina (Gel) do CAP.

24

Aromáticos

• São de baixa massa molar e em maior proporção no asfalto (de 40 a 65% do CAP), sendo o meio de dispersão e peptização

25

Saturados

• São óleos viscosos não-polares e transparentes, compondo de 5 a 20% dos asfaltos.

26

Estrutura proposta por YEN

O CAP é um sistema coloidal, constituído pela suspensão de micelas de asfaltenos, peptizadas por resinas em meio oleoso ou malteno (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.

27

Estrutura do asfalto - YEN

28

As propriedades físicas dos asfaltos dependem fundamentalmente:

a) Da concentração da fase dispersa (asfaltenos):

se os asfaltenos estiverem bem dispersos no meio oleoso (maltenos) tem-se um sistema chamado Sol asfalto muito suscetível à temperatura.

se começarem a se reunir, tem-se um sistema denominado Gel asfalto menos suscetível à temperatura (mais duro).

29

• Geralmente, o cimento asfáltico de petróleo é um Sol-Gel;

• Contem uma componente viscosa (fluído newtoniano) e uma componente elástica bom para pavimentação.

b) Do tamanho das partículas e da natureza dos asfaltos.

c) Da natureza do meio dispersante, óleos mais as resinas (maltenos).

As propriedades físicas dos asfaltos dependem fundamentalmente:

30

Representação do SOL e GEL

Representação esquemática do betume tipo ´SOL`

Representação esquemática do betume tipo ´GEL`

Asfaltenos

Hidrocarboneto aromático de alto peso molecular

Hidrocarboneto aromático de baixo peso molecular

Hidrocarb. naftênicos/ aromáticos

Hidrocarb. Alifáticos/naftênicos

Hidrocarbonetos saturados

31

Variação da Composição Durante Aplicação e Serviço

32

Produção de asfalto Destilação em apenas um estágio

PARA SISTEMA DE VÁCUO

GASÓLEO LEVE

PETRÓLEO GASÓLEO PESADOASFÁLTICO

FORNO

TORRE DE ASFALTO (C A P)VÁCUO

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Dois estágios de destilação(mais usado)

GÁS COMBUSTÍVELG L P

TORREATMOSFÉRICA

NAFTA LEVE

NAFTA PESADA

QUEROSENE

ÓLEO DIESEL

FORNO

DESSALGADORA

PETRÓLEO

PARA SISTEMA DE VÁCUO

TORRE DEVÁCUO

GASÓLEO LEVE

GASÓLEO PESADO

ASFALTO (C A P)

34

Produção de asfalto no Brasil

1.53

8.15

6 1.96

9.32

1

1.55

1.39

5

1.77

5.60

9

1.59

8.85

8

1.62

6.28

6

1.15

7.08

3

1.40

9.27

5

1.44

3.86

2

1.85

0.86

0

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

2.000.000

1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

CONSUMO DE ASFALTO NO BRASIL

FONTE: PETROBRAS

35

Produção de asfalto no Brasil

• 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)

36

Produção de asfalto no Brasil

37

Classificação do CAP

- Por penetração a 25ºC (até 1992) em algumas refinarias:

30/4550/6085/100150/200

•Por viscosidade a 60°C (até 2005):

CAP 7CAP 20 CAP 40

38Fonte: Liedi et al.,2008

Classificação do CAP (ANP, 2005)

Classificado por penetração a 25ºC, 100g, 5 s (em 0,1mm):

• 30/45• 50/70• 85/100• 150/200

39

Tabela de Especificação do CAP (ANP, 2005)

Características Unidade

CAP 30-45 CAP 50-70 CAP 85-100 CAP 150-200 ABNT ASTM

Penetração (100g, 5s, 25, oC) 0,1mm 30 a 45 50 a 70 85 a 100 150 a 200 NBR 6576 D 5

Ponto de Amolecimento oC 52 46 43 37 NBR 6560 D 36

Viscosidade Saybolt-Furol

s NBR 14950 E 102a 135oC 192 141 110 80

a 150oC 90 50 43 36

a 177oC 40 a 150 30 a 150 15 a 60 15 a 60

Viscosidade Brookfield

cP NBR 15184 D 4402a 135oC, SP 21, 20rpm mín 374 274 214 155

a 150oC, SP 21, mín 203 112 97 81

a 177oC, SP 21 mín 76 a 285 57 a 285 28 a 114 28 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. oC 235 235 235 235 NBR 11341 D 92

Solubilidade em tricloroetileno, mín % massa 99,5 99,5 99,5 99,5 NBR 14855 D 2042

Ductilidade a 25 oC, mín. cm 60 60 100 100 NBR 6293 D 11340

Tabela de Especificação do CAP (cont.)

Efeito calor e ar a 163 oC, 85 mín

D 2872Variação em massa, máx

% massa

0,5 0,5 0,5 0,5

Ductilidade a 25

oCcm 10 20 50 50

NBR 6293

D113

Aumento do Ponto de Amolecimento

oC 8 8 8 8NBR 6560

D 36

Penetração Retida (*)

% 60 55 55 50NBR 6576

D 5

41

Onde: (toC)= Ponto de amolecimento.PEN = penetração, em 0,1 mm

Índice de Suscetibilidade Térmica ou Índice de Pfeiffer e Van

Doormaal) – IP (avalia o tipo de asfalto produzido pela

refinaria):

• IP entre -1,5 e 0,7 : asfalto adequado para pavimentação

(asfalto tipo sol-gel).

• IP > 0,7: asfalto oxidado, suscetibilidade térmica é baixa,

asfalto duro, impróprio para pavimentação (Gel).

• IP < -1,5: asfaltos muito suscetíveis à ação da

temperatura, impróprio para pavimentação (Sol)

Índice Pfeiffer e Van Doomaal

PEN t C

PEN t C

o

o

( )(log ) ( )( )

( )(log ) ( )

500 20 1951

120 50

42

Temperaturas de aquecimento dos CAPs

Há uma relação entre a temperatura e os resultados de ensaios de viscosidade, que indica as melhores temperaturas para o aquecimento do CAP nos processos de mistura em usina e compactação.

43

Temperaturas de aquecimento dos CAPs

• A temperatura de aplicação do CAP deve ser feita para cada tipo de ligante, em função da relação temperatura-viscosidade.

• Para mistura CBUQ: entre 75 a 95 segundos Saybolt-Furol (85±10 s);

• Para compactação do CBUQ: viscosidade Saybolt-Furol de 140 15 segundos, para CBUQ.

• A temperatura de aquecimento dos agregados é igual à temperatura do CAP+ 13 a 15ºC.

44

Temperaturas de aquecimento dos CAPs

45

212

1

TTTTcomp

CTTagCAP

013

234

3,

TTTT

CAPAQ

TAQ, CAP : temperatura de aquecimento do CAP Tcomp: temperatura de compactação da misturaTag: temperatura de aquecimento do agregado

Exemplo

TemperaturaºC

VISCOSIDADE SAYBOLT-FUROL (S)

CAP 20CAP 20 + 6%

BMPCAP 20 + 12%

BMP

135 184 368 532

150 82 205 269

177 45 78 121

46

Gráfico Temperatura x Viscosidade

RELAÇÃO VISCOSIDADE x TEMPERATURA

150135

177

135150

177

150135

177

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

100 110 120 130 140 150 160 170 180 190

Temperatura (ºc)

Vis

cosi

dad

e (s

)

CAP 20CAP 20 + 6% BorrachaCAP 20 + 12% BorrachaLinear (CAP 20 + 6% Borracha)Linear (CAP 20 + 12% Borracha)Linear (CAP 20)

47

Log 85 = 1,93 154ºC Tcap = 151+(154-151)/2 = 153ºCLog 95 = 1,98 151ºC Tagreg = 153+13= 166ºC Log125= 2,096 143ºC Tcomp = 136+(143-136)/2 = 140ºC Log 155 = 2,19 136ºC

48

Emprego do CAP

• Pré-misturados a quente;

• Areia-asfalto a quente;

• Concreto asfáltico;

• Misturas asfálticas especiais: SMA, CPA, Gap-Graduate, etc.

49

O Instituto Brasileiro de Petróleo-(IBP, 1.990) recomenda o uso dos CAPs nos seguintes tipos de serviços de pavimentação:

• a) CAP 150/200: tratamentos superficiais e macadames betuminosos;

• b) CAP-50/70 e 85/100: pré-misturado a quente, concreto asfáltico, areia-asfalto a quente e misturas especiais;

• c) CAP 30/45: pré-misturado a quente, concreto asfáltico, areia-asfalto a quente e misturas especiais

50

Recomendações gerais quanto ao uso

• Como o cimento asfáltico é um material termoplástico, a sua viscosidade diminui com o aumento da temperatura.

• A viscosidade mais conveniente que o cimento asfáltico deve ter depende de vários fatores, tais como:

• a) Tipo de serviço a ser aplicado.• b) Características (forma, textura, porosidade, etc.) e

graduação do agregado (se é aberta, ou semi-aberta, ou fechada).

• c) Condições climáticas da região onde se pretende aplicar o material.

51

Restrições ao emprego de acordo com o IBP (1.990)

• Os CAP não podem ser aquecidos acima de 177 ºC, sendo o ideal obtida pela relação temperatura-viscosidade.

• Não se aplica em dias de chuva, em temperatura ambiente inferior a 10ºC e em superfícies molhadas.

• Não devem ser usados os CAP 30/45 e CAP50/70 em tratamentos superficiais e macadames betuminosos para evitar superaquecimento (CAP 150/200)

52

Transporte e armazenamento

Transporte do CAP:• a granel : por caminhões e vagões ferroviários; • Tanto no transporte como no armazenamento,

os cimentos asfálticos exigem o aquecimento;• Aquecimento dos CAPs a granel, são usados

um dos seguintes processos: Serpentinas aquecidas com maçaricos; Serpentinas aquecidas com vapor d’água; Serpentinas onde circula óleo aquecido.

53

Caminhão tanque para transporte de Asfalto

54

Recomendações para o transporte e armazenamento do CAP

• Temperatura máxima de 150ºC de aquecimento nos tanques de armazenamento,

• Aquecimento a altas temperaturas, ou por tempo prolongado, altera a constituição do asfalto, modificando suas propriedades.

• O aquecimento nunca deve ser através de chama direta, mas aquecimento por meio de vapor-dágua, circulando em serpentinas no interior dos tanques.

• Nos casos de aquecimento por maçarico em caminhões transportadores, é conveniente providenciar a circulação do material, a fim de garantir uniformidade na distribuição do calor.

55

ENSAIOS CORRENTES

DE

CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO

56

Ensaios Correntes na Especificação Brasileira

Não simulam o comportamento dos asfaltos através de ensaios a temperaturas similares às dos pavimentos em serviço.

• Penetração

• Ponto de Amolecimento

• Ponto de Fulgor

• Viscosidade

• Ductilidade

• Densidade

• Durabilidade

• Solubilidade (Pureza)57

Penetração

• Ensaio de classificação de cimentos asfálticos.

• Medida de consistência.

• Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s (NBR 6576).

• Presente em especificações ASTM e européias

Problema: Dois asfaltos de diferentes origens podem ter a mesma penetração, porém de comportamento distinto.

58

Penetração - equipamento

59Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaio de Penetração

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.

Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576)

60

Solubilidade (Pureza) Em tricloroetileno NBR 14855

(1) Materiais e equipamentos

(2) Cadinho com papel filtro (esq)Amostra antes da filtragem (dir)

(3) Amostra dissolvida em tricloroetileno

(4) Filtragem com auxílio de vácuo61

Ponto de Amolecimento (ensaio de anel e bola)

• Temperatura na qual o CAP torna fluido.

• Especificação NBR 6560.

• Empregado para estimativa de susceptibilidade térmica.

• Presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados.

62

Ponto de Amolecimento (ensaio de anel e 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 5C/minuto.

• Quando o asfalto amolece, a bola e o

asfalto deslocam-se em direção ao fundo e mede-se a temperatura.

63

Ponto de Amolecimento (ensaio de anel e bola)

Início do ensaio

Final do ensaio

64

Fonte: Liedi et al.,2008

Viscosímetros para Fluídos NewtonianosMedidas de consistência

• Necessário para: – Especificação de CAP (garantir bombeamento).

– Determinação da temperatura de usinagem e compactação.

– Por capilar – viscosidade cinemática (cSt).– Determinação do tempo de escoamento em

tubos / orifícios calibrados:• Saybolt Furol (s)• Cannon Fenske

Brookfield (atual - mais moderno) 65

Viscosidade Capilar a Vácuo a 60ºCViscosidade cinemática (Stoke)

• Ensaio da classificação brasileira de cimento asfáltico até 2005

• NBR 5847.

• Presente em especificações ASTM e européias.

• Medida de consistência.

66

Ensaio de Viscosidade AbsolutaViscosidade dinâmica (Poise)

• Uso de tubos capilares especiais com referências.

• Banho a 60º C.• Uso de vácuo para

empurrar o asfalto no tubo: 300 mm de Hg.

• Marca-se o tempo entre referências.

• Viscosidade expressa em Pa.s (Poise).

Fonte: Liedi et al.,2008

Relação entre a viscosidade cinemática e a viscosidade dinâmica

• A viscosidade cinemática () é definida

como a relação entre viscosidade

dinâmica (n) e a massa específica ():

poise

g cm/3 ou Stokes (st).

68

Topo de Viscosímetros

Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs Viscosímetro Saybolt Furol 69

Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaios de ConsistênciaAparelho: dutilômetro

• Ductilidade• A ductilidade é dada pelo

alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP com o menor diâmetro de 1 cm2, em banho de água a 25 C, submetida pelos dois extremos à tração de 5 cm/minuto.

70Fonte: Liedi et al.,2008

Ductilidade

• É a propriedade do material suportar grandes deformações sem ruptura.

• Caracteriza a resistência à tração e à flexibilidade do CAP.

• Quanto mais dúcteis, mais flexível.• Empregado para ensaios de retorno elástico de

asfaltos modificados.

71Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaio de Ponto de Fulgor (Segurança )

• Ponto de Fulgor

• Menor temperatura, na qual os vapores emanados durante o aquecimento do material asfáltico se inflamam quando expostos a uma fonte de ignição

72Fonte: Liedi et

al.,2008

Ponto de Fulgor (segurança)

Termômetro

Cápsula cheia de amostra de CAP

Ponta ligada ao gás73Fonte: Liedi et

al.,2008

Ensaio de DurabilidadeEfeito do Calor e do Ar

Estufa de Efeito de Calor e Ar: Película Delgada (TFOT)

• Simula o envelhecimento da usinagem.• Consiste no aquecimento de uma fina película

de asfalto, em uma estufa ventilada, por um determinado tempo.

• Temperatura: 163°C, Tempo: 5h.• Determina a perda ou ganho de peso e após o

ensaio, a penetração em relação ao CAP original.

• Especificação ASTM D 1754.• Especificação ABNT 14736. 74

Estufa de Película Fina

Vista da estufa fechada

Prato comasfalto

Placa rotativa

Prato

Termômetro

75Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaio de massa específica do CAP

Picnômetro vazio com tampa (a)

Picnômetro com asfalto e água

Determinação da massa do picnômetro totalmente preenchido com água a 25°C (b).

Determinação da massa do picnômetro preenchido até a metade com asfalto a 25°C (c).

Determinação da massa do picnômetro preenchido metade com água e metade com asfalto, a 25°C (d).

• D = (c-a)/(b-a)(d-c)

ABNT 6296 ETAPAS:

76

Etapas do ensaio de massa específica do CAP

(1) Picnômetros com asfalto e com água

(3) Massa do picnômetro com asfalto até a metade

(2) Massa do picnômetro com água a 25oC

(4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água77

Fonte: Liedi et al.,2008

ENSAIOS DE LIGANTES ASFÁLTICOS PROGRAMA SHARP

78

Os ensaios adotados pelo Programa SHRP permitem a simulação do comportamento dos ligantes através da realização de ensaios a temperaturas similares à dos pavimentos em serviço

79

Especificações Superpave• Baseada em desempenho

– deformação permanente

– trincas por fadiga

– trincas a baixas temperaturas

• Propriedades físicas

– critérios permanecem os mesmos

– temperatura em que se obtém o valor da propriedade

– medidas no ligante envelhecido

80

Superpave(Superior Pavement)

• Propriedades a temperaturas intermediária/alta

– reômetro de cisalhamento dinâmico (DSR)

– viscosímetro rotacional (Brookfield)

Propriedades a baixa temperatura

- reômetro de fluência de viga (BBR)

- teste de tração direta (DT)

Propriedades ligadas à durabilidade

- estufa de filme fino rotativo (RTFOT)

- vaso de envelhecimento sob pressão (PAV)

81

Viscosímetro Rotacional (Brookfield)

• MEDIDAS: propriedades relacionadas ao bombeamento e estocagem.

• ABNT 15184 (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. 81

Fonte: Liedi et al.,2008

8282Fonte: Liedi et

al.,2008

Viscosímetro Rotacional (Brookfield) Ensaio SUPERPAVE - SHARP

82Fonte: Liedi et

al.,2008

83

O viscosímetro rotacional, geralmente, caracteriza a rigidez do asfalto a 135oC, temperatura em que o material se comporta quase que inteiramente como um fluido viscoso

Viscosímetro Rotacional (Brookfield)

84

Ensaios de Durabilidade (RTFOT)

Estufa de Filme Fino Rotativo (Rolling Thin Film Oven Test - RTFOT) - ABNT 15235 e ASTM 2872

– Neste ensaio, uma fina película de asfalto é continuamente girada numa jarra de vidro a 163 C por 85 minutos, com uma injeção de ar a cada 3 a 4 segundos.

(Estufa de filme rotativo)

84

Simula o envelhecimento de usinagem e compactação

Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaio SUPERPAVE - SHARP

85

Estufa de Filme Fino Rotativo (RTFOT)

Cilindro para colocara amostra de CAP

85Fonte: Liedi et al.,2008

86

Estufa de Filme Fino Rotativo

Recipiente para ligante na RTFOT

Antes do preenchimento após do preenchimento

com liganteRecipiente coberto após

ensaio RTFOT

86Fonte: Liedi et al.,2008

87

Vaso de Envelhecimento sob Pressão (PAV)

87Fonte: Liedi et al.,2008

Simula o envelhecimento em serviço: cerca de 10 a 15 anos

Resultado

amostras envelhecidas para testes no DSR, BBR e DTT

Ensaio de Cisalhamento Dinâmico

• Realizado com o equipamento Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR- Dynamic Shear Rheometer)

• É usado para caracterizar tanto o comportamento viscoso como o elástico, através da medida do módulo de cisalhamento complexo (G*) e do ângulo de fase (δ) dos

ligantes asfálticos.

88

Ensaio de Cisalhamento Dinâmico

• O G* é a medida da resistência total do material à deformação quando exposto a pulsos

repetidos de tensões de cisalhamento e consiste de um componente elástico (recuperável) e outro viscoso (não recuperável).

• O δ é um indicador da quantidade relativa de deformação recuperável e não recuperável.

89

Ensaio de Cisalhamento Dinâmico

• O DSR avalia a rigidez do ligante asfáltico (módulo complexo e ângulo de fase) sob condições de temperaturas máximas em serviço e a taxas de carregamento compatíveis com o tráfego.

• São ensaiadas amostras virgens ou envelhecidas em estufa de filme fino rotativo (RTFOT - envelhecimento de curto prazo), sendo estabelecidos valores mínimos capazes de garantir adequada resistência ao acúmulo de deformação permanente (G*/senδ maiores que 1,0 kPa e 2,2 kPa, respectivamente para amostras virgens e envelhecidas no RTFOT). 90

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR)

91

• Reômetro de tensão controlada– aplicação de um torque fixo para obter uma dada deformação

cisalhante

• Reômetro de deformação controlada– aplicação de um torque variável para obter uma deformação

cisalhante fixa

92

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR)

= 0 material elástico ideal

= 90 material viscoso ideal

93

Reômetro de Fluência em Viga - BBR

• Determina o módulo de rigidez (S) e módulo de relaxação (m), a baixa temperatura.

• Está correlacionado a formação de trincas térmicas devido a contração.

• S = / .

• M = coef ang 60s (S x t).

Comportamento do Asfalto

• Comportamento Viscoelástico

• Correlação entre tempo/temperatura

94

BTDC de um Asfalto Convencional e um Modificado por Polímero Bitumen Test Data Chart - BTDC

0 18012060

°C

Ponto deAmolecimento

Ponto deRuptura Fraass

102

103

101

103

102

101

100

104

Asfalto Polímero

Asfalto Convencional

(CAP 20)

Pen

etra

ção

@25

°C, d

mm V

iscosid

ade 60°C

, P

95

Fonte: Liedi et al.,2008

Defeitos Associados a Temperaturas de Serviço

96Fonte: Liedi et al.,2008

Deformação Permanente

Influência predominante do agregado

Influência menor do ligante

Ocorre a temperaturas altasNo Brasil, entre 62 e 70 ºC

97Fonte: Liedi et al.,2008

Trincas por Fadiga

• Ocorre a temperaturas intermediárias– No Brasil, entre 25

e 40 ºC– Nos EUA, entre 20

e 30ºC

• Efeito do agregado

e do ligante98

Trincas Térmicas

•Ocorre somente em países frios, geralmente em temperaturas

inferiores a -10 º C

•Influência predominante do

ligante •Influência menor do

agregado99