aula 13 - materiais betuminosos - antonio

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCOCENTRO ACADMICO DO AGRESTECENTRO ACADMICO DO AGRESTENCLEO DE TECNOLOGIACURSO DE GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

Materiais Betuminosos

PARTE 1

Prof.Antnio Acacio de Melo Neto

HISTRICOHISTRICO

y usos desde a pr-histria como aglomerantei bilie como impermeabilizante;

y Bblia - impermeabilizante da arca de No;p ;

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HISTRICOHISTRICO

y impermeabilizante dos banhos romanos; l XIX i y sculo XIX comeou o uso em pavimentaes

rodovirias, inicialmente na Frana e depois nosEUA I l ( f l i )EUA e na Inglaterra (asfaltos naturais);y incio do sculo XX - emprego do asfalto derivado

de petrleo.

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IntroduoIntroduoIntroduoIntroduo Tradicionalmente na Construo Civil so Tradicionalmente, na Construo Civil, so

designados como materiais betuminososaqueles que contm Betume.aqueles que contm Betume.

DefinioDefinioBetume um aglomerante orgnico, slido, semi-

DefinioDefinioBetume um aglomerante orgnico, slido, semislido ou lquido, que pode ocorrer na natureza ou ser obtido por processo industrial; composto p p pprincipalmente por hidrocarbonetos de massamolecular elevada e completamente solvel em bissulfeto de carbono.

Betume Betume definio ASTMdefinio ASTMBetume Betume definio ASTMdefinio ASTM

y Hidrocarbonetos pesados (C e H) ciclanos alcanos benzides ciclanos aromticos ciclanos, alcanos, benzides, ciclanos aromticos,

etc.)

y Fontes naturais ou por processos industriais

y Consistncia varivel y Consistncia varivel

y Poder aglutinante e impermeabilizante

y 100 % solvel em dissulfeto de carbono (CS2)

Caractersticas BsicasCaractersticas BsicasCaractersticas BsicasCaractersticas Bsicas

y So polmeros (hidrocarbonetos complexos) asfaltenos (5 a 25 % dos betumes, massa molecular f ( ,

de 600 a 300.000, partculas entre 5 e 30 nm, aumentam a viscosidade e a dureza dos betumes);)

maltenos:x resinas - de natureza polar, forte adesividade e p ,

dispersantes dos asfaltenos, massa molecular de 500 a 50.000, partculas de 1 a 5 nm, a proporo

i / f l d fi i l/ l d resina/asfalteno define as caractersticas sol/gel do betume.


maltenos:x aromticos - 40 a 65% dos betumes, hidrocarbonetos

aromticos naftnicos de mais baixa massa molecular do betume - 300 a 2.000, no polares, grande capacidade de dissoluo dos hidrocarbonetos de elevada massa dissoluo dos hidrocarbonetos de elevada massa molecular.

x saturados - 5 a 20% dos betumes, hidrocarbonetos alifticos, alquil naftenos e alguns alquil aromticos, baixa q g qmassa molecular, no polares, no viscosos.


y So adesivos e aglomerantes, que dispensam o uso da gua, ao contrrio dos aglomerantes g gminerais da Construo Civil;

processo fsico pelo calor gua prejudica adeso processo fsico pelo calor, gua prejudica adeso.

y So hidrfugos (repelem a gua)


y So facilmente fundidos e solidificados: So termoplsticos, i.e., no possuem ponto de fuso, p p pamolecendo em temperaturas variadas. O ponto de fuso, temperatura de perda da estrutura p pcristalina ordenada, tpico dos slidos cristalinos.

Quebradio T< 0 oC, slido at 10 oC, viscoso at

50 C fl id T 50 C50 oC, fluido T > 50 oC


y So incuos: no interagem quimicamente com os agregados minerais (ou cargas), que lhe so d d l d h adicionados como material de enchimento em

diversas aplicaes (quimicamente inerte com t t i i d t )outros materiais de construo);

i i i i iy Possibilidade de serem reciclveis;

y Tem ductilidade varivel e que pode ser afetada por exposio direta luz solar.

CaractersticasCaractersticas BsicasBsicas

y Deformao plstica;

CaractersticasCaractersticas BsicasBsicas

y Deformao plstica;y Densidade prxima a da gua (1 a 1,2p g (

kg/l);

E lh li d dy Envelhece exposto ao ar livre: perda deplasticidade, aderncia e impermeabilidade porp p pcausas:

F i d d l l i Fsicas: sada dos leos volteis,

Qumicas: formam e liberam CO2, H2O, lcoois eacetonas.

CaractersticasCaractersticas BsicasBsicasCaractersticasCaractersticas BsicasBsicas

y Mau condutor de calor, eletricidade e som;

I d i l ti f ilid dy Incendeia-se com relativa facilidade;

y Relativamente barato (subproduto);y Relativamente barato (subproduto);

y Todos os HC do betume se dissolvem noCS2;

MicroestruturaMicroestruturaMicroestruturaMicroestrutura

y suspenses coloidais onde ossuspenses coloidais onde osasfaltenos so as partculas solutas (comtamanho mdio de 100nm) e o solvente tamanho mdio de 100nm) e o solvente constitudo por parafinas saturadas, leos

aromticos e resinas

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Constituio Qumica dos BetumesConstituio Qumica dos BetumesConstituio Qumica dos BetumesConstituio Qumica dos Betumes

AsfaltenosAsfaltenosAsfaltenosAsfaltenos

ResinasResinas

leosleos

Outros: carbenos e cidos asfaltgenos

Constituio Qumica dos BetumesConstituio Qumica dos BetumesConstituio Qumica dos BetumesConstituio Qumica dos Betumes

ELEM ENTO % EM M A SSA

C 85 a 95

H 15H > 15

S 0 a 5

N < 2

O < 5

Asfaltenos resinas e leosAsfaltenos resinas e leosAsfaltenos, resinas e leosAsfaltenos, resinas e leos

Asfaltenos + importantes do

Resinas asflticas - viscosas e + duras que p

betume

solveis no CS e no

q

os leos

frao intermediria solveis no CS2 e no tetracloreto de carbono

frao intermediria entre petrleo e asfalto

(Cl4C)

Van der Waals leos

Determinam a

> 15% de asfaltenos amolece com 60 a

plasticidade do betume

> parte eliminada naamolece com 60 a

100C > parte eliminada na

destilao

AplicaoAplicao dede materiaismateriais betuminososbetuminososAplicaoAplicao dede materiaismateriais betuminososbetuminosos

feltros asflticos mantas asflticasmantas asflticas membranas asflticas

concreto asfltico

Tipos bsicos de materiais betuminosos Tipos bsicos de materiais betuminosos f d f d em funo da origemem funo da origem

Em funo da sua forma de obteno,os materiais betuminosos recebem a seguinteclassificao tradicional:

a) asfaltos ou cimentos asflticos, quea) asfaltos ou cimentos asflticos, que podem ser naturais (CAN) ou de petrleo (CAP);( )

b) alcatres; c) piche e breu c) piche e breu.

Asfalto ou Cimento Asfalto ou Cimento AsflticoAsflticoAsfalto ou Cimento Asfalto ou Cimento AsflticoAsfltico

Por definio, asfalto o material slido ousemi-slido, de cor entre preta e parda escura, que

t btid d d til docorre na natureza ou obtida da destilao dopetrleo, que se funde gradualmente pelo calor, e noqual os constituintes predominantes so os betumesqual os constituintes predominantes so os betumes.

O asfalto ou cimento asfltico uma misturade betume com agregado ou carga mineral. Temde betume com agregado ou carga mineral. Temmassa especfica em torno de 1 kg/dm3 e cheiro deleo queimado.

O asfalto pode ser natural (sigla CAN) ouobtido da destilao do petrleo (sigla CAP).

Cimento Cimento AsflticoAsfltico Natural Natural (CAN)(CAN)Cimento Cimento AsflticoAsfltico Natural Natural (CAN)(CAN)

Hoje no se comercializa CAN no Brasil. OsCAN podem provir de:a) jazidas de rochas asflticas, sedimentrias, em

geral de base arentica ou calcria, impregnadascom 10 a 30 % de asfaltos So fragmentadas ecom 10 a 30 % de asfaltos. So fragmentadas eaquecidas para extrao do asfalto.

b) lagos de asfalto formados pela ao deb) lagos de asfalto, formados pela ao deintempries sobre petrleos que chegaram superfcie, explorados atravs de galeriasp , p gsubterrneas, com ocorrncias principais naVenezuela (Lago de Bermudez, com 360 ha e 2 md f did d ) Ilh d T i d d (50 h tde profundidade) e na Ilha de Trindad (50 ha, at40 m de profundidade).

Cimento Cimento AsflticoAsfltico de Petrleo de Petrleo (CAP)(CAP)Cimento Cimento AsflticoAsfltico de Petrleo de Petrleo (CAP)(CAP)

o asfalto obtido como resduo da destilaodo petrleo, bem mais abundante e barato.

Nas torres de destilao, a parcela maisd d l d f (d i d d li )pesada do petrleo d nafta (derivados da gasolina),

querosene e diesel, e o resduo ainda pode serfracionado em leos graxos asfalto e negro defracionado em leos graxos, asfalto e negro defumo.

Os CAP apresentam teor mais elevado deOs CAP apresentam teor mais elevado debetume que os CAN e so mais volteis, porque oresduo mineral menor.

Principais propriedadesPrincipais propriedades dos CAPdos CAPp p pp p p

y VISCOSIDADE: a propriedade bsica - classifica osy VISCOSIDADE: a propriedade bsica - classifica osasfaltos; depende da temperatura;

y DUCTILIDADE e DUREZA: qualificam os asfaltos eDUCTILIDADE e DUREZA: qualificam os asfaltos eos demais mat. Betuminosos; tem que se compor asduas propriedades para o uso;

y PONTO DE AMOLECIMENTO e PONTO DEFULGOR: valores de referncia para o seu emprego;

y BETUME TOTAL, MASSA ESPECFICA eDESTILAO: para qualificao do produto.

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AlcatroAlcatro

o material semi-slido ou lquido resultante

AlcatroAlcatro

o material semi slido ou lquido, resultanteda destilao de materiais orgnicos (hulha, turfa,linhito, lenha, madeira).

A hulha ou carvo mineral o combustvel fssil de plantas superiores, decompostas ao abrigo de ar.

C6H10O5 (sem ar) CO2 + 3H2O + CH4 + 4C

A reao de hulheificao lenta e gradual,formando inicialmente a turfa, que evolui at formar ocar o o h lha propriamente ditoscarvo ou hulha, propriamente ditos.

AlcatroAlcatroAlcatroAlcatro

O alcatro pode ser obtido como resduo nosseguintes processos industriais:

a) em gasmetros, na obteno de gs deiluminao, a partir da hulha;

b) em coquerias, para a obteno do coquesiderrgico. O coque comum aquecido a 1200 oC,sem acesso de ar. A 600 - 700oC o alcatro brutoevapora e a 86oC condensa; redestilado resultandoevapora e a 86oC condensa; redestilado, resultandoleos leves, mdios e pesados, alcatro destilado epiche.p

AlcatroAlcatro

C dif b i d l t

AlcatroAlcatro

Como diferenas bsicas dos alcatresdestilados, em relao aos asfaltos, pode-serelacionar:relacionar:

a) maior sensibilidade temperatura so maisa) maior sensibilidade temperatura, so maismoles quando aquecidos e mais duros quandoresfriados;

b) menor resistncia s intempries;) p ;

c) maior poder aglomerante.) p g

AlcatroAlcatro

O alcatro empregado em misturas com

AlcatroAlcatro

y O alcatro empregado em misturas comoutros polmeros ou fibras, para uso como

i ( i l d l f ) i lmastique (material de calafetao) ou materialde enchimento de juntas em saneamento, comexcelente resistncia a agentes agressivos.

y ainda usado em formulaes com outrosmateriaismateriais.

EmulsoEmulso dede alcatroalcatroEmulsoEmulso dede alcatroalcatro

t i l lt t d di dy o material resultante da disperso dealcatro em gua, obtido com o auxlio deagente emulsificante, apresentando partculascarregadas eletricamente.g

AlcatroAlcatro modificadomodificadoAlcatroAlcatro modificadomodificado

P l i t i i lt t dy Por analogia, so os materiais resultantes daadio de determinadas substncias, p. ex.polmeros, aos alcatres.y Alcatres com epxi so usados em tintasAlcatres com epxi so usados em tintas

industriais ou alcatres com elastmeros emmastiques para calafetaes onde sejamastiques, para calafetaes, onde sejapreciso elevada resistncia qumica - tanquesd fl l dde efluentes, lagoas de rejeitos, etc.

MisturasMisturas betuminosasbetuminosasMisturasMisturas betuminosasbetuminosas

S i t d b t i t iy So as misturas de betuminosos entre si,com ou sem a adio de cargas, resultandoprodutos de consistncia variada.y Juntando-se um pouco de alcatro aoJuntando se um pouco de alcatro ao

asfalto, tem-se maior aderncia; ou umpouco de asfalto ao alcatro maiorpouco de asfalto ao alcatro, maiorresistncia temperatura.

Piche e breuPiche e breuPiche e breuPiche e breu

Piche so misturas de apenas 11 a 17% dePiche so misturas de apenas 11 a 17% debetume, com muita argila, pedrisco, etc. slido temperatura ambiente e funde de forma heterognea,com muitos ndulos e gros na massa fundida.Apresenta qualidades muito inferiores s dosl t alcatres.

O piche obtido da destilao do alcatrobruto mas tambm pode ser obtido de asfaltosbruto, mas tambm pode ser obtido de asfaltosimprprios para refino.


O piche pode ser ainda refinado, perdendoquase todo o betume e o resduo o breu, slido temperatura ordinria e de maior dureza que osoutros betuminosos mas com boa resistncia soutros betuminosos, mas com boa resistncia sintempries.

O emprego de piche e breu no hojep g p jreconhecido pelas normas de pavimentao, nem deimpermeabilizao.


A utilizao de piche hoje voltada para a p j pfabricao de tintas primrias de imprimao,impermeabilizantes ou anticorrosivas, para madeira,f l d ( ) O i h d l dferro e taludes (eroso). O piche de alcatro dehulha tem grande compatibilidade com o epxi,poliuretanos e borracha clorada Tambm usadopoliuretanos e borracha clorada. Tambm usadopara a fabricao de mastiques, assim como nafixao de tacos, "blokrets e lajotas de , jpavimentao.

PropriedadesPropriedades tecnolgicastecnolgicas bsicasbsicas dosdosbetuminososbetuminosos

y Durezay Ponto de amolecimentoy ViscosidadeV scos dadey Ductilidadey Massa especficaMassa especficay Ponto de Fulgory Betume totaly Betume totaly Destilao

Propriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais Betuminosos

Dureza (NBR 6576)


Dureza (NBR 6576) Qualificam os asfaltos e materiais betuminosos

Elevada dureza diminui a plasticidade, tornando o material + quebradio e permevelmaterial + quebradio e permevel

Classifica os asfaltos: Ensaio de Ponto de Penetrao: profundidade de

penetrao de uma agulha padronizada de peso t t l d 100 d 1 1 2 d di t li dtotal de 100g, de 1 a 1,2 mm de dimetro aplicada durante 5 s sobre uma amostra padronizada a 25oC (dmm)(dmm).

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriaisbetuminososbetuminosos -- asfaltosasfaltos

y Ensaio de Penetrao - Dureza A penetrao definida como a profundidade A penetrao definida como a profundidade,

em dcimos de milmetro, que uma agulha demassa padronizada (100g) penetra numamassa padronizada (100g) penetra numaamostra de volume padronizado de cimentoasfltico por 5 segundos temperatura deasfltico, por 5 segundos, temperatura de25C.

A norma brasileira para este ensaio a ABNT A norma brasileira para este ensaio a ABNTNBR 6576/98

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriaisbetuminososbetuminosos -- asfaltosasfaltosy Ensaio de penetrao: exemplo dey Ensaio de penetrao: exemplo de

equipamento manual e inicio de ensaio

Equipamento manual Incio de ensaio

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriaisbb f lf lbetuminososbetuminosos -- asfaltosasfaltosy Ensaio de penetrao: exemplo de equipamentoEnsaio de penetrao: exemplo de equipamento

manual e inicio de ensaio


Ponto de amolecimento (NBR 6550)


uma temperatura de referncia para preparo ou utilizao dos betuminosos. Em geral, se situa na faixa de 36oC a 62oC e acompanha a progresso da d re a62oC e acompanha a progresso da dureza.

Quanto > o ponto de amolecimento:

Melhor as condies de uso aps aplicado

Mais difcil a aplicao (risco de exploso)

+ duro e caro o material

Ensaio de anel e bola

Temperatura em que a amostra amolece e toca a base

com o peso da bolacom o peso da bola

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriais betuminososbetuminosos --f lf l

y Ensaio de ponto de amolecimentoasfaltosasfaltos

O ponto de amolecimento uma medida emprica quecorrelaciona a temperatura na qual o asfalto amolecequando aquecido sob certas condies particulares eatinge uma determinada condio de escoamento.A b il i i ABNT NBR A norma brasileira para este ensaio a ABNT NBR6560.

O ensaio realizado com duas amostras do mesmo O ensaio realizado com duas amostras do mesmomaterial. Se a diferena de temperatura entre as duasamostras exceder a 2C, o ensaio deve ser refeito. Esseamostras exceder a 2 C, o ensaio deve ser refeito. Esseteste tambm chamado de ensaio do anel e bola.

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriais betuminososbetuminosos --f lf ly Equipamento e seqncia do ensaio de Ponto de

asfaltosasfaltos

Amolecimento


Viscosidade


Resistncia oposta por um fluido deformao sob a ao de uma fora.

Resistncia ao escoamento

Propriedade bsica

Viscosmetro de Saybolt-Furol: mede o tempoViscosmetro de Saybolt Furol: mede o tempo que 60 cm3 do material leva para escoar por um

if iorifcio

f (temperatura, massa de material) ( p , )

SSF (segundos no Saybolt-Furol)

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriais betuminososbetuminosos --f lf lasfaltosasfaltosy Ensaios deViscosidade

A viscosidade uma medida da consistnciado cimento asfltico, por resistncia aodo cimento asfltico, por resistncia aoescoamento.

A unidade do coeficiente de viscosidade mais A unidade do coeficiente de viscosidade maisutilizada o Poise (g/[cm.s]). A viscosidadetambm pode ser medida em m2/s ou maistambm pode ser medida em m /s, ou maiscomumente em mm2/s, unidade referida comocentistoke (cSt)centistoke (cSt).

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriais betuminososbetuminosos --f lf lasfaltosasfaltosy Ensaios deViscosidade

No Brasil o viscosmetro mais usado para osmateriais asflticos o de Saybolt-Furol. Omateriais asflticos o de Saybolt Furol. Ovalor da viscosidade reportado emSegundos Saybolt- Furol, abreviado como SSF,Segundos Saybolt Furol, abreviado como SSF,a uma dada temperatura de ensaio.

A norma brasileira para este ensaio a ABNT A norma brasileira para este ensaio a ABNTNBR 14756/2000.

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriaisbetuminososbetuminosos -- asfaltosasfaltosy Exemplo de equipamento Saybolt Furoly Exemplo de equipamento Saybolt- Furol

de ensaio de viscosidade

CaracterizaoCaracterizao dede materiaismateriais betuminososbetuminosos --f lf lasfaltosasfaltosy O viscosmetro Brookfield permite medir asp

propriedades de consistncia relacionadas aobombeamento e estocagem. Mede a viscosidadegdinmica expressa em centiPoise (cP). O centiPoise equivalente ao miliPascal e 1000cP = 1 Pa*s.qy A norma brasileira para este ensaio a ABNT

NBR 15184NBR 15184


y Equipamento Brookfield para medida de

asfaltosasfaltos

y Equipamento Brookfield para medida deviscosidade de asfaltos

Equipamento completo Cilindro e cmara de amostra


y Equipamento Brookfield para medida deasfaltosasfaltos

q p pviscosidade de asfaltos


Ductilidade (NBR 6293)


Ductilidade (NBR 6293) Capacidade do material ser esticado sem romper

Forma de medio da plasticidade

Distncia em cm que o cp pode se distender sem Distncia em cm que o cp pode se distender sem romper. Medido pelo ductilmetro

DUCTILIDADE E DUREZA:DUCTILIDADE E DUREZA:

DEFINIDAS JUNTAS PARA O USO


y Ensaio de ductilidade

asfaltosasfaltosEnsaio de ductilidade A coeso dos asfaltos avaliada indiretamente

pela medida emprica da ductilidade que apela medida emprica da ductilidade, que acapacidade do material de se alongar na formade um filamentode um filamento.

Nesse ensaio, os corpos-de-prova de asfalto,l d ld i i icolocados em moldes especiais, so imersos em

gua dentro de um banho que compe oi tequipamento.

A norma brasileira para esse ensaio a ABNTNBR 6293NBR 6293.


y Equipamento para o ensaio de ductilidadeasfaltosasfaltos

Propriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais Betuminosos

Massa Especfica (NBR 6296)

Serve para avaliar a uniformidade e o teor deimpurezas. Para asfaltos e alcatres varia entre 900 a1400 kg/m3 mas a maioria fica entre 1000 e 11001400 kg/m , mas a maioria fica entre 1000 e 1100kg/m3.

Para os slidos pode ser determinada pelo processoda balana hidrosttica.


Ponto de fulgor (NBR11341)


Ponto de fulgor (NBR11341) Temp. na qual os gases emanados fazem uma

rpida exploso ao contato de uma chama piloto

Segurana no trabalho: risco de incndio Segurana no trabalho: risco de incndio

Ponto mais elevado para betuminosos slidos

Ponto de fulgor: ensaio de vaso aberto

CAP: >220 oC (Penet.>100) e >235 oC (Penet.< 100)


y Ensaio de ponto de fulgor

asfaltosasfaltos

y Ensaio de ponto de fulgor O ponto de fulgor um ensaio ligado segurana

de man sei d asfalt d rante trans rte ade manuseio do asfalto durante o transporte, aestocagem e a produo de mistura asfltica.Determina a menor temperatura sob a qual osDetermina a menor temperatura sob a qual osvapores emanados durante o aquecimento doasfalto se inflamam por contato com uma chamaasfalto se inflamam por contato com uma chamapadronizada. Valores de pontos de fulgor de asfaltosso normalmente superiores a 230C.p

A norma brasileira para este ensaio a ABNT NBR11341.


y Equipamento para o ensaio de ponto de fulgor e

asfaltosasfaltos

y Equipamento para o ensaio de ponto de fulgor eensaio em andamento


B t t t l


Betume total Betume total (NBR 14855): determina quantidade ( ) q

real de betume puro por solubilidade no CS2.C id d CS di l t i l Cuidado: CS2 dissolve mat. orgnicos em geral.

Nem tudo pode ser betume.

Propriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais BetuminososPropriedades dos Materiais Betuminosos

Destilao Mtodo empregado para qualificar a quantidade e osMtodo empregado para qualificar a quantidade e os

tipos de resduos contidos em betuminosos, assimcomo a rapidez relativa com que esses resduos sobtidobtidos.

A poro do resduo final da destilao que A poro do resduo final da destilao, que insolvel, tanto em CCl4 como em CS2, fornece o teorde carga mineral existente no betume, sendo mais umparmetro industrial da sua qualidade.

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contm betume

civil so

y so hidrfugos

hidrocarbonetos alifticos

x aromticos

y sculo

so termoplsticos

alquil aromticos