MATERIAIS ASFÁLTICOS E SUAS APLICAÇÕES 1. Materiais Asfálticos Liigantes Asfálticos Materiais Betuminosos O Asfalto é um dos mais antigos e versáteis

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;

2

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.

3

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.

4

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

6

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.

9

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.

10

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

12

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


• 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.

15


• Adesivo termoplástico:– comportamento visco-elástico.

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

elástico– tráfego lento comportamento viscoso

16

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*

17

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.

18

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


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

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

20


• 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

33

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


• 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


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


• 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


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


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


• 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


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).


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


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.


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.


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


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


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


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


Ensaio SUPERPAVE - SHARP

85

Estufa de Filme Fino Rotativo (RTFOT)

Cilindro para colocara amostra de CAP


86

Estufa de Filme Fino Rotativo

Recipiente para ligante na RTFOT

Antes do preenchimento após do preenchimento

com liganteRecipiente coberto após

ensaio RTFOT


87

Vaso de Envelhecimento sob Pressão (PAV)


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


• 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


• 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


Defeitos Associados a Temperaturas de Serviço


Deformação Permanente

Influência predominante do agregado

Influência menor do ligante

Ocorre a temperaturas altasNo Brasil, entre 62 e 70 ºC


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

Documents

MATERIAIS ASFÁLTICOS E SUAS APLICAÇÕES 1. Materiais Asfálticos Liigantes Asfálticos Materiais Betuminosos O Asfalto é um dos mais antigos e versáteis