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Notas de aulas de Pavimentação (parte 1)

Hélio Marcos Fernandes Viana

Tema:

Materiais asfálticos para pavimentação (1.o Parte)

Conteúdo da parte 1

1 Introdução

2 Asfalto

3 Processos de produção, estocagem e manuseio do asfalto (CAP)

4 O CAP e os ligantes asfálticos existentes no mercado

5 Consumo brasileiro de CAP

6 Oxidação ou envelhecimento do CAP

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1 Introdução 1.1 Utilização do asfalto

O asfalto é um dos mais antigos materiais de construção usados pelo homem. No passado remoto (ou distante), tem-se que: a) A arca de Noé foi calafetada (ou impermeabilizada) com asfalto a mais de 2440 anos A.C.; ...Deus falou com Noé: “Faze uma arca de tábuas de cipreste; nela farás compartimentos, e calafetarás a arca com betume (ou asfalto) por dentro e por fora”. Gênesis cap. 6, e vers. 14. b) Os assírios empregavam asfalto como argamassa em seus palácios e estradas. O grande Império Assírio se estendia do Irã ao Egito, e durou de 883 A.C. a 612 A.C.; e c) Na América Central, os astecas utilizavam asfalto na construção de suas estradas. A civilização asteca se situava no México e durou de 1325 D.C. a 1521 D.C..

O asfalto é um produto derivado do petróleo, e o marco inicial da indústria do petróleo é o ano de 1859, quando o coronel americano Edwin L. Drake encontra petróleo ao tentar cavar um poço artesiano no estado da Pensilvânia (EUA).

A Figura 1.1 mostra a localização e o potencial das 20 (vinte) principais

reservas de petróleo do mundo, baseado em dados de 2009. OBS(s). i) A Figura 1.1 não considera as reservas brasileiras localizadas na bacia de Tupi no litoral de Santos em São Paulo; As reservas petrolíferas da bacia de Tupi são estimadas entre 5 a 8 bilhões de barris de petróleo; e ii) 1 barril é, aproximadamente, igual a 159 litros. A Figura 1.2 ilustra o potencial das 15 (quinze) principais reservas de petróleo do mundo, em bilhões de barris de petróleo, baseado em dados de 2011. A descoberta de jazidas de petróleo é algo dinâmico, verifica-se que com base nos novos dados de 2011, a Venezuela passou a ocupar o primeiro (1.o) lugar no ranking das reservas e, também o Canadá que estava em décimo segundo (12.o) lugar passou a ocupar o terceiro (3.o). As primeiras pavimentações asfálticas no Brasil datam de 1908, e ocorreram em ruas do Rio de Janeiro com asfalto importado de outro país. O asfalto atualmente é utilizado: a) Como material de construção de pavimentos; b) Como material de impermeabilização de obras de engenharia; c) Como material na fabricação de tintas; e d) Etc.

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Figura 1.1 - Localização e potencial das 20 (vinte) principais reservas de

petróleo do mundo (dados de 2009)

Figura 1.2 - 15 (quinze) principais reservas de petróleo do mundo em bilhões

de barris (dados de 2011)

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1.2 Alguns números relacionados ao asfalto De acordo com Bernucci et al. (2008), na maioria dos países do mundo, a pavimentação asfáltica é a principal forma de revestimento utilizada em estradas. No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico. De acordo com Balbo (2007), uma rodovia de pista simples de 7 m de largura, com duas faixas de rolamento, e com uma camada de rolamento de 5 cm de CAUQ (concreto asfáltico usinado a quente) consome cerca de 50,4 toneladas/km de CAP (cimento asfalto de petróleo). Considerando-se que o CAUQ possui um teor de CAP de 6% em média. Os gastos com o CAP representam de 25 a 40% do custo da camada de revestimento asfáltico do pavimento. 1.3 Razões que justificam o uso do asfalto em pavimentação a) O asfalto proporciona forte ligação entre os agregados que formam a camada de rolamento dos veículos. b) O asfalto é impermeabilizante, e evita que a água penetre na base do pavimento o que é prejudicial. c) O asfalto é durável, um pavimento feito com asfalto pode durar até 20 anos. d) O asfalto é resistente aos ácidos, álcalis e sais. e) O asfalto pode ser utilizado em muitas combinações com os agregados, os quais são areias, britas, etc. OBS. Álcalis são os óxidos e hidróxidos dos metais alcalinos ou metais da coluna 1A da tabela periódica, por exemplo: Na (sódio), K (potássio), etc. 1.4 Diferentes tipos de asfaltos Geralmente a palavra asfalto é utilizada para designar os seguintes materiais: a) O betume; b) O alcatrão; e c) O asfalto. a) O BETUME Betume é uma mistura de hidrocarbonetos, que é solúvel no bissulfeto de carbono (S2C).

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OBS. Hidrocarbonetos são compostos químicos (ou moléculas) formadas unicamente por átomos de hidrogênio (H) e carbono (C). O betume ainda apresenta as seguintes características: O betume envelhece rapidamente; O betume é quebradiço quando envelhece; e O betume apresenta baixo ponto de fusão, ou seja, passa do estado sólido para o estado líquido a uma temperatura relativamente baixa. O betume ocorre em jazidas naturais ou são obtidos por fabricação a partir: do petróleo, do carvão de madeira, etc. b) O ALCATRÃO O alcatrão é um produto, que contém hidrocarbonetos. O alcatrão é obtido a partir da madeira, do carvão mineral ou hulha, etc. Os alcatrões ainda apresentam as seguintes características: Os alcatrões quando aquecidos são mais moles que os asfaltos; Os alcatrões quando resfriados são mais duros que os asfaltos; Os alcatrões são menos resistentes as intempéries (ou aos agentes da natureza: variações de temperatura, chuva e gelo) do que os asfaltos; A faixa de temperatura para utilização dos alcatrões é menor que a dos asfaltos; e O uso dos alcatrões é prejudicial à saúde, pois provoca câncer. c) O ASFALTO O asfalto é uma mistura de hidrocarbonetos e é derivado do petróleo. OBS(s). i) Petróleo é um óleo constituído predominantemente por hidrocarbonetos; ii) Hidrocarbonetos são compostos químicos (ou moléculas) formadas unicamente por átomos de hidrogênio (H) e carbono (C); iii) Óleos são substâncias líquidas, mais ou menos viscosas e que são inflamáveis; e iv) Viscosidade é a resistência que o fluido oferece ao movimento, ou atrito interno do fluido. Maiores detalhes sobre o asfalto serão fornecidos no tópico 2. 2 Asfalto 2.1 Natureza do asfalto usado em pavimentação O asfalto usado em pavimentação apresenta as seguintes características: i) O asfalto é impermeável à água.

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ii) O asfalto provém da destilação do petróleo. OBS(s). a) Destilação é um processo químico de aquecimento e resfriamento de um líquido, o qual causa a evaporação e a condensação do líquido a fim de separar o líquido inicial em dois ou mais tipos de líquidos resultantes; b) Evaporação é a transformação de um líquido em vapor pela elevação da temperatura do líquido; e c) Condensação é a passagem de uma substância do estado de vapor para o estado líquido pela diminuição de temperatura. iii) O asfalto é um ligante betuminoso, que serve para ligar as partículas de areia e/ou brita para formar a camada de rolamento dos pavimentos. iv) O asfalto apresenta baixa reatividade química, contudo pode sofrer envelhecimento devido às reações de oxidações lentas causadas pelo contato com o ar e com a água. OBS. Oxidação é a reação química do átomo de oxigênio com um átomo ou molécula de outra substância. v) O asfalto é termoviscoplástico, ou seja, é um material que amolece ao ser aquecido e endurece ao ser resfriado, e, além disso, apresenta viscosidade ao ser aquecido. vi) O asfalto apresenta elasticidade e uma certa viscosidade (mobilidade ou escoamento da massa) na temperatura ambiente; Assim sendo, o asfalto é também um material viscoelástico na temperatura ambiente. vii) Em altas temperaturas os asfaltos têm características de um líquido, ou seja, apresenta viscosidade e não apresenta resistência ao cisalhamento. 2.2 Designação brasileira para o asfalto No Brasil, o asfalto é designado ou denominado de CAP ou cimento asfáltico de petróleo. 2.3 Líquidos que dissolvem o asfalto ou CAP O asfalto ou CAP é um material quase totalmente solúvel na presença dos seguintes líquidos: a) Benzeno; ou b) Tricloroetileno; ou c) Bissulfeto de carbono. OBS. Solúvel significa tornar o material original, ou CAP, através de uma mistura com um líquido, em um novo líquido, o qual apresenta propriedades diferentes das propriedades iniciais do material original ou CAP.

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2.4 Composição química do asfalto ou CAP 2.4.1 Introdução De acordo com a Shell (2003), existem perto de 1500 tipos de petróleos no mundo, porém somente uma pequena porção deles é apropriada para produzir asfalto. Os petróleos distinguem-se pela maior ou menor presença de asfalto em sua composição. Os petróleos venezuelanos Boscan e Bochaquero são mundialmente reconhecidos como de melhor qualidade para produção de asfalto para pavimentação. No Brasil existem petróleos com qualidade semelhante ao Bochaquero venezuelano. No Brasil, e na maioria dos países do mundo o mais comum é produzir asfalto a partir de uma mistura de petróleos e não somente de um único tipo de petróleo. Além disso, no Brasil, e na maioria dos países do mundo o mais comum é produzir asfalto em refinarias. 2.4.2 Moléculas e átomos dos asfaltos ou CAP(s) Os CAP(s) (cimentos asfálticos de petróleo) são constituídos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de átomos de: - Oxigênio (O); - Enxofre (S); - Nitrogênio (N); e - Átomos de metais, tais como: níquel (Ni), ferro (Fe), magnésio (Mg), cálcio (Ca) e vanádio (V). OBS. Hidrocarbonetos são compostos químicos (ou moléculas) formadas unicamente por átomos de hidrogênio (H) e carbono (C). A composição química do asfalto ou CAP é bastante complexa e o número de átomos de carbono (C) das moléculas, que formam CAP varia de 20 a 120. A composição química do CAP tem influência no desempenho físico das misturas do CAP com os agregados, que formam a camada asfáltica do pavimento. A Tabela 2.1 mostra um exemplo da composição química de alguns ligantes asfáticos ou CAP(s); Além disso, é indicado a origem do petróleo que gera (ou fornece) o CAP, e ainda o local onde o petróleo que gera o CAP é refinado.

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OBS(s). a) Na Tabela 2.1 a quantidade de átomos presentes no CAP é dada em porcentagem (%), ou na concentração em partes por milhão (ppm); e b) 1 ppm = 10-3 g/Kg, ou seja, em 1 kg de CAP existe 10-3 g (ou 0,001 g) do átomo considerado. Observe na Tabela 2.1 que o conceituado CAP do petróleo da Venezuela (Boscan) difere do CAP do petróleo do Brasil (Cabiúnas) refinado na REGAP em Minas Gerais, principalmente no que se refere: i) À concentração do metal vanádio (V); ii) À concentração do metal níquel (Ni); e iii) À porcentagem de enxofre (S). Tabela 2.1 - Composição química de alguns ligantes asfáticos ou CAP(s);

Ainda, origem do petróleo que gera (ou fornece) o CAP, e o local onde o petróleo que gera o CAP é refinado

2.4.3 As estruturas moleculares tipo hidrocarbonetos presentes no CAP (cimento asfáltico de petróleo) Os asfaltos ou CAP(s) podem ser formados por 4 (quatro) tipos de estruturas moleculares de hidrocarbonetos; Assim sendo, tem-se as seguintes moléculas formadoras dos asfaltos ou CAP(s): Moléculas tipo saturadas; Moléculas tipo aromáticas; Moléculas tipo resinas; e Moléculas tipo asfaltenos.

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 180,0 1380,0 4,0 38,0 210,0 78,0

Níquel ppm 22,0 109,0 6,0 32,0 66,0 24,0

REPLAN

(São Paulo)

REDUC (Rio de

Janeiro)

Brasil

(Cabiúnas)México

--

Composição química do CAP

EUA

(Califórnia)

Venezuela

(Boscan)

Origem do

petróleo que

gera o CAP

Brasil

(Cabiúnas)

Oriente Médio

(Arabe leve)

Refinaria do

petróleo

RLAN

(Bahia)--

REGAP (Minas

Gerais)

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A proporção molecular que forma um CAP, em termos de moléculas tipo saturadas, aromáticas, resinas e asfaltenos varia de acordo com: a) A origem do petróleo usado na produção do CAP; e b) O processo de produção do CAP na refinaria. i) As moléculas tipo asfaltenos e o CAP A quantidade de moléculas de asfaltenos no CAP tem grande influencia nas características reológicas (ou comportamento mecânico) do CAP. Quanto maior o percentual de moléculas de asfaltenos no CAP, tem-se que: a) Mais rígido (ou duro) será o CAP. b) Maior será o valor da viscosidade do CAP. Em geral, as moléculas de asfaltenos constituem de 5 a 25% do CAP. A matéria sólida formada pelas moléculas de asfaltenos possui cor preta ou marrom. OBS(s). a) Reologia é a parte da física que estuda o comportamento mecânico dos sólidos deformáveis; Por exemplo: a reologia estuda o comportamento tensão-deformação dos sólidos; e b) Sólido é um material com elevada resistência ao cisalhamento e elevado módulo de elasticidade. ii) As moléculas tipo resinas e o CAP As moléculas de resinas do CAP têm uma natureza fortemente adesiva (ou colante). A proporção de moléculas de resinas presentes no CAP governam o comportamento do CAP, quando o CAP tem forma líquida ou gelatinosa. A matéria sólida ou semi-sólida formada pelas moléculas de resina tem cor marrom-escura. iii) As moléculas tipo aromáticas e o CAP As moléculas aromáticas do CAP formam líquidos viscosos amarelos. As moléculas aromáticas formam de 40 a 65% do CAP. OBS. Substâncias aromáticas são substâncias com odor ou cheiro característico; Embora, a literatura de pavimentação não registre, provavelmente as moléculas aromáticas são as responsáveis pelo cheiro marcante do asfalto (ou CAP).

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iv) As moléculas tipo saturadas e o CAP As moléculas saturadas formam de 5 a 20% do CAP. As moléculas saturadas formam óleos vicosos transparentes. OBS(s). a) Uma molécula é dita saturada, quando apresenta apenas ligações simples entre os átomos de carbono, ou seja, não existe mais de uma ligação entre os átomos de carbono na molécula; e b) Na literatura se encontra-se o termo malteno como sendo um líquido viscoso que forma o CAP, e que o malteno pode ser fracionado (ou separado) formando moléculas tipo resinas, moléculas tipo saturadas e moléculas tipo aromáticas. 2.4.4 Modelo estrutural de CAP segundo Yen (1991) De acordo com Yen (1991), o CAP apresenta um modelo estrutural tipo micelas com as seguintes características: 1.o (primeira) No modelo estrutural do CAP, o CAP é formado por micelas individuais, ou por micelas unidas entre si formando um aglomerado de micelas. Como ilustra a Figura 2.1 a seguir. 2.o (segunda) No modelo estrutural do CAP, uma micela é formada por um núcleo central de moléculas de asfaltenos, e recoberta externamente por moléculas de resinas. Como ilustra a Figura 2.1 a seguir. 3.o (terceira) No modelo estrutural do CAP, as micelas individuais ou unidas entre si estão mergulhadas em óleos formados por moléculas saturadas e por moléculas aromáticas. Como ilustra a Figura 2.1 a seguir. OBS(s). a) Micela é um aglomerado de moléculas mergulhadas em uma solução coloidal; e b) Solução coloidal é uma substância formada por grandes moléculas dispersas (ou separadas) em uma segunda substância, a qual pode ser um óleo. Observe na Figura 2.1 que as micelas individuais, ou unidas entre si formando um aglomerado estão mergulhadas em um meio intermicelar formado por óleos de moléculas saturadas e de moléculas aromáticas.

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Figura 2.1 - Modelo de micelas de Yen (1991) 2.4.5 Ligantes asfálticos tipo Sol e tipo Gel i) Ligantes asfálticos tipo Sol (ou solução) Tendo como base o modelo estrutural de Yen (1991) da Figura 2.1, mostrada anteriormente, ligantes asfálticos tipo Sol são ligantes asfálticos em que na sua estrutura: a) Existe uma quantidade balanceada e suficiente de moléculas de resinas e de moléculas aromáticas; b) As micelas formadas por moléculas de asfaltenos recobertas por moléculas de resinas têm boa mobilidade no meio intermicelar formado por óleos de moléculas saturadas e de moléculas aromáticas; e c) Não há agrupamento de micelas em forma de anel. OBS. A Figura 2.1, mostrada anteriormente, ilustra a estrutura de um asfalto tipo Sol. ii) Ligantes asfálticos tipo Gel (ou gelatina) Ligantes asfálticos tipo Gel são ligantes asfálticos em que na sua estrutura: a) Não existe uma quantidade balanceada e suficiente de moléculas de resinas e de moléculas aromáticas; b) As micelas formadas por moléculas de asfaltenos recobertas por moléculas de resinas se agrupam formando anéis interligados; c) há formação de vazios internos entre anéis interligados formados por agrupamento de micelas; e

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d) Os vazios internos entre os anéis interligados formados por agrupamento de micelas são preenchidos por moléculas saturadas e por moléculas aromáticas. OBS. Maiores detalhes da estrutura de ligante asfálticos tipo Gel consulte Bernucci et al. (2008). 2.4.6 Considerações finais quanto a composição química do CAP (cimento asfáltico de petróleo) Já se constatou que asfaltos de composição químicas diferentes podem apresentar características físicas similares. É impossível associar os componentes químicos do CAP com o comportamento físico do CAP em termos de pavimentação. Em muitos casos, o modelo estrutural do CAP de micelas de Yen (1991) não se mostra coerente com os resultados de análises obtidos a partir : a) Do microscópio eletrônico; b) De ressonância magnética; e c) De técnicas de cromatografia. O programa SHRP (Strategic Higway Research Program) identificou presença de substâncias químicas compostas juntamente por ácidos e bases na composição do CAP, ou seja, substâncias anfóteras, as quais se relacionam com a viscosidade do CAP. OBS. SHRP ou Strategic Higway Research Program foi um programa estabelecido pelo congresso dos Estados Unidos, em 1987 com uma verba de US$ 150 milhões e com um plano de estudos de 5 (cinco) anos; Tal programa foi destinado a melhorar o desempenho, a durabilidade e a segurança das estradas. 3 Processos de produção, estocagem e manuseio do asfalto (ou CAP) 3.1 Introdução Atualmente, quase todo asfalto ou CAP existente é obtido do processamento do petróleo bruto (ou cru), que ocorre nas refinarias. A resposta se um petróleo serve, ou não serve, para produção de CAP (cimento asfáltico de petróleo) é dada através de análises feitas com o petróleo. As análises para verificar se o petróleo serve, ou não serve, para obtenção do CAP são feitas com base na avaliação de resíduos do petróleo, que são obtidos em diferentes temperaturas.

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As análises químicas dos resíduos do petróleo para investigar se o petróleo serve, ou não serve, para produzir o CAP são feitas pela Petrobras com base em: - Normas brasileiras; - Normas européias; e - Normas americanas. Além das análises químicas feitas com os resíduos do petróleo para informar se o petróleo é útil para produção de CAP; Ainda são feitos ensaios com os resíduos do petróleo, afim que possam ser obtidos os seguintes gráficos: a) Gráfico penetração versus ponto de amolecimento; b) Gráfico penetração versus viscosidade a 60º C; e c) Etc. Finalmente, a comparação das análises químicas e dos ensaios com as recomendações das normas utilizadas pela Petrobras é que vão indicar se o petróleo é adequado, ou não adequado, para produção de CAP. 3.2 Refino de Petróleo i) Conceito de refinar petróleo Refinar o petróleo é transformá-lo em produtos úteis, tais como: asfalto (ou CAP), óleo diesel, querosene, gasolinas, gás e etc. ii) Elementos de uma refinaria de petróleo Uma refinaria de petróleo possui principalmente: a) Um ou mais reservatórios de petróleo; b) Um ou mais fornos de aquecimento de petróleo; c) Uma ou mais torres de separação (ou cracking); d) Condensadores que transformam o vapor do petróleo em produtos líquidos; e) Separadores dos produtos do refino petróleo, tais como: óleo diesel, querosene, gasolina e etc; e f) Tubulações de saída dos fornos de aquecimento, que transportam os produtos do refino do petróleo. iii) Princípio básico de funcionamento de uma refinaria O princípio básico de funcionamento de uma refinaria de petróleo apresenta as seguintes características: a) Inicialmente, o petróleo é aquecido em um forno até uma alta temperatura, onde o petróleo se sublima ou passa do estado líquido para o estado gasoso (ou vapor); b) O petróleo, em estado vapor (ou gasoso), passa para torre de separação (ou torre de cracking), onde o petróleo é destilado e forma produtos com diferentes pontos de ebulição, tais como: asfalto (ou CAP), óleo diesel, querosene, gasolina e etc; e

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c) Os produtos formados na torre de separação são transportados por tubulação para serem armazenados. OBS(s). a) Quanto mais elevado o ponto de ebulição do produto resultante do refinamento do petróleo mais baixo é o local de seu recolhimento na torre de separação (ou cracking); Por exemplo: o asfalto (ou CAP) de elevado ponto de ebulição é recolhido no pé da torre de separação, ao passo que o gás de baixo ponto de ebulição é recolhido no topo da torre de separação; b) Destilação é um processo químico de aquecimento e resfriamento de um líquido, o qual causa a evaporação e a condensação do líquido a fim de separar o líquido inicial em dois ou mais tipos de líquidos resultantes; c) Evaporação é a transformação de um líquido em vapor pela elevação da temperatura do líquido; d) Condensação é a passagem de uma substância do estado de vapor para o estado líquido pela diminuição de temperatura; e e) Cracking é uma palavra inglesa, que significa quebra, ou divisão em partes. A Figura 3.1 ilustra o esquema de uma refinaria de petróleo, onde estão presentes: O reservatório de petróleo; O forno de aquecimento de petróleo; A torre de separação (ou cracking); Um condensador; Alguns separadores de produtos refinados; e Tubulações de transporte dos produtos obtidos com o refino do petróleo.

Figura 3.1 - Esquema de uma refinaria de petróleo

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3.3 Estocagem e manuseio do asfalto (CAP) Geralmente, os CAPs (cimentos asfálticos de petróleo) são acondicionados (ou armazenados) em tanques com temperaturas elevadas de modo a permanecerem líquidos. Deve-se evitar que seja aplicado no CAP temperaturas superiores à 150º C, pois tais temperaturas podem causar o envelhecimento prematuro (ou antecipado) do CAP o que é prejudicial. Os tanques de armazenamento do CAP devem possuir sensores de temperatura para monitoramento (ou fiscalização) da temperatura de armazenamento do CAP. Antes de adicionar mais quantidade de CAP em um tanque de armazenamento é importante certificar se o CAP estocado no tanque é do mesmo tipo do novo CAP, que vai ser armazenado, pois misturas de CAPs devem ser evitadas. O CAP deve ser estocado em tanques aquecidos na temperatura mais baixa possível, a qual garanta a fluidez e a viscosidade necessárias para o manuseio e o transporte do CAP. Os tanques de armazenamento do CAP devem ser instalados em locais arejados de forma que os eventuais vapores provenientes do aquecimento do CAP possa ser dispersos no ar. 3.4 Produção brasileira de asfalto No Brasil, a Petrobras possui 9 (nove) unidades produtoras e distribuidoras de asfalto, as quais são: a) A refinaria REMAN em Manaus - AM; b) A refinaria LUBNOR em Fortaleza - CE; c) A refinaria RLAN em Mataripe - BA; d) A refinaria REGAP em Betim - MG; e) A refinaria REDUC em Duque de Caxias - RJ; f) A refinaria REVAP em São José do Campos - SP; g) A refinaria REPLAN em Paulínia - SP; h) A refinaria REPAR em Araucária - PR; e i) A refinaria REFAP em Canoas - RS. A Figura 3.2 mostra a localização aproximada no mapa do Brasil das refinarias da Petrobras, que produzem o asfalto (ou CAP).

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Figura 3.2 - Localização aproximada no mapa do Brasil das refinarias da

Petrobras, que produzem o asfalto (ou CAP) 4 O CAP e os ligantes asfálticos existentes no mercado O CAP (cimento asfáltico de petróleo) é praticamente a base de todos os ligantes asfálticos, os quais são utilizados na produção da camada de rolamentos dos pavimentos rodoviários. Os tipos de ligantes asfálticos existentes no mercado brasileiro são os que se seguem: a) Cimento asfáltico de petróleo ou CAP; b) Asfalto diluído ou ADP; c) Emulsão asfáltica ou EAP; d) Asfalto oxidado ou soprado de uso industrial; e) Asfalto modificado por polímero ou AMP; f) Asfalto modificado por borracha de pneus ou AMB; e g) Agentes rejuvenescedores. OBS(s). a) Em aula futura, alguns ligantes asfálticos citados serão apresentados em detalhes; e b) Polímero é uma macromolécula, ou um composto químico formado pela aglomeração de um grande número de moléculas. 5 Consumo brasileiro de CAP A Figura 5.1, a seguir, mostra os dados do consumo brasileiro de CAP do ano 2000 até 2005.

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De acordo com o diretor da ABEDA (Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfalto, 2010), as variações percebidas de alta e queda no consumo de asfalto devem-se as eleições que ocorrem de dois em dois anos. Percebe-se na Figura 5.1 que: a) Os anos eleitorais de 2006, 2008 e 2010 apresentam maiores consumo em relação aos anos anteriores, e até mesmo em relação aos anos posteriores; e b) Nos anos pesquisados, o maior consumo de CAP ocorreu no ano 2010 e foi da ordem de 2.763.000 ton ou, cerca de 2.763.000 m3, pois o peso específico do CAP é aproximadamente 1 ton/m3 (ou 1 g/cm3); Tal consumo daria para produzir cerca 54.821 km de um pavimento de 5 cm de CAUQ (concreto asfáltico usinado a quente) com pista de 7 m de largura e duas faixas de rolamento.

Figura 5.1 - Consumo brasileiro de CAP do ano 2000 até 2005 6 Oxidação ou envelhecimento do CAP 6.1 Processo de oxidação ou envelhecimento do CAP e suas consequências As moléculas tipo aromáticas do CAP tendem a se oxidar, ou reagir com os átomos de oxigênio do ar e da água, e se transformarem em moléculas tipo resinas. As moléculas tipo resinas presentes no CAP também tendem a se oxidar, ou a reagir com os átomos de oxigênio do ar e da água, e se transformarem, em moléculas de asfaltenos.

Consumo de CAP no Brasil

0

500.000

1.000.000

1.500.000

2.000.000

2.500.000

3.000.000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Ano

Co

nsu

mo

de

CA

P (

to

n )

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Os principais problemas causados pela oxidação ou envelhecimento do CAP, ou pelo aumento da porcentagem de moléculas tipo asfatenos no CAP são: a) A perda da elasticidade, ou aumento da rigidez do CAP; b) A fissuração do CAP, ou o surgimento de rachaduras no CAP; e c) Aumento no valor da viscosidade do CAP na temperatura de ensaio. Os problemas causados pela oxidação ou envelhecimento do CAP ocorrem quando a porcentagem de moléculas tipo asfaltenos no CAP é maior do que 30%. Os problemas devido à oxidação ou ao envelhecimento do CAP são evidentes em misturas asfálticas envelhecidas, que são usadas como camada de rolamento nas rodovias; Pois, os asfaltos dos pavimentos mais velhos tendem a se tornarem mais rígidos (ou menos elásticos) e também mais quebradiços devido à oxidação do CAP. OBS. É importante destacar que a escassez de moléculas de asfaltenos no CAP, ou seja, uma porcentagem de moléculas de asfaltenos no CAP menor do que 20% gera problemas de deformação plásticas no pavimento, ou seja, causa o surgimento de trilhas de rodas longitudinais na superfície do pavimento. 6.2 Evidências laboratoriais de um CAP oxidado ou envelhecido Um CAP (cimento asfáltico de petróleo) quando oxidado ou envelhecido apresenta as seguintes características nos ensaios laboratoriais: a) Queda no valor da penetração a 25º C, ou seja, o CAP apresenta um aumento da consistência no ensaio de penetração com agulha; b) Aumento do ponto (ou temperatura) de amolecimento, que é obtido no ensaio de anel e bola; c) Aumento do ponto (ou temperatura) de fragilidade Frass, que é medido no ensaio de ponto de ruptura Frass; e d) Etc. OBS. Consistência significa solidez, que é um adjetivo relacionado à resistência ao cisalhamento e ao módulo de elasticidade; Quanto maior a consistência de um material maior sua resistência ao cisalhamento e maior o seu módulo de elasticidade. 6.3 Momento em que ocorre a maior oxidação do CAP Com base em dados de Bernucci et al. (2008) constata-se que, para um CAP utilizado em um pavimento com 8 (oito) anos de serviço, o maior envelhecimento (ou oxidação) do CAP ocorreu devido à usinagem (ou mistura com os agregados), e não devido a outros fatores, tais como: - Transporte do CAP; - Estocagem do CAP;

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- Compactação da camada asfáltica no campo; e - Tempo de serviço da camada asfáltica no campo. Referências Bibliográficas ALMANAQUE ABRIL (2006) Mundo. São Paulo - SP: Abril, 2006. 482p. ALMEIDA, J. F. Bíblia e hinário novo cântico, antigo e novo testamento. Revista

e atualizada. 2. ed. Barueri - SP: Casa Editora Presbiteriana, 2008, sendo: antigo testamento 816p, novo testamento 278p e mais anexos.

BALBO, J. T. Pavimentação asfáltica - Materiais, projeto e restauração. São

Paulo - SP: Oficina de Textos, 2007. 558p. (2.o Bibliografia principal) BAUER, L. A. Materiais de Construção. Vol. 2. 4. ed. São Paulo - SP: Livros

Técnicos e Científicos Editora LTDA, 1992. 892p. BERNUCCI, L. B.; MOTA, L. M. G.; CERRATTI, J. A. P.; SOARES, J. B.

Pavimentação asfáltica - Formação básica para engenheiros. Rio de Janeiro - RJ: Petrobrás, ou ABEDA (Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos, 2008. 501p. (1.o Bibliografia principal)

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