UNIVERDIDADE FEDERAL DE GOIÁSCAMPUS CATALÃO PAVIMENTAÇÃO Professor: Fernando de Araújo Ligantes Asfálticos Alunos: Ana Paola Nascimento Augusto Barbosa Henrique Ferreira Prado Hugo Lisboa Paulo Cézar Silva Motta Wilson Filho SUMÁRIO LIGANTES ASFÁLTICOS 1. Introdução 2. Asfalto 3. Especificações Brasileiras 4. Asfalto Modificado por Polímero 5. Emulsão Asfáltica 6. Asfalto Diluído 7. Asfalto -Espuma 8. Agentes rejuvenescedores 9. O programa SHRP PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 2 INTRODUÇÃO • mais antigos e versáteis materiais de construção utilizados pelo homem; • Apresenta mais de 100 tipos de aplicações, desde a agricultura até a indústria; • O uso em pavimentação é o mais importantes e o mais antigo; • No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico; • Vantagens de se utilizar na pavimentação: • Proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade; • Impermeabilizante; • Durável e resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais; • Pode ser utilizado aquecido ou emulsionado, em amplas combinações minerais e com ou sem aditivos. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Asfalto 3 INTRODUÇÃO Definições Importantes • Betume: mistura de hidrocarbonetos solúvel no bissulfeto de carbono; • Asfalto: mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação, cujo principal componente é o betume, podendo conter ainda outros materiais, como oxigênio, nitrogênio e enxofre, em pequena proporção; • Alcatrão: designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos, que se obtém da queima ou destilação destrutiva do carvão, madeira etc. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 4 INTRODUÇÃO Asfaltos Naturais PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • provenientes de “lagos” formados a partir de depósito de petróleo que migraram para a superfície que resultaram num produto que contém betume e materiais minerais. • Primeiras e únicas fontes de asfalto no últimos 5.000 anos até no início do século XX. Com domínio das técnicas de exploração de petróleo em profundidade e refino tornaram a utilização dos asfaltos naturais restrita. Pitch Lake, situado Trinidad, na África é o maior depósito natural de asfalto em todo o mundo. • As primeiras pavimentações asfálticas no Brasil empregaram asfalto natural, importado de Trinidad, em barris, nas ruas do Rio de Janeiro em 1908 (Prego, 1999). 5 • Condomínios Fechados. • Postos de Gasolinas. • Propriedades Rurais. também tem é uma excelente opção em : • Estacionamentos. dentre outros.INTRODUÇÃO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS O Asfalto além de ser utilização em pavimentações. 6 . ASFALTO Natureza • O asfalto utilizado em pavimentação é um ligante betuminoso que provém da destilação do petróleo e que tem a propriedade de ser um adesivo termoviscoplástico. impermeável à água e pouco reativo.sólido a temperaturas baixas. • No Brasil utiliza-se a denominação CAP para designar esse produto semi. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 7 .viscoelástico à temperatura ambiente e líquido a altas temperaturas. ferro. enxofre. nitrogênio e metais – vanádio. • A composição química do CAP tem influência no desempenho físico e mecânico das misturas asfálticas. mas sua maior influência será nos processos de incorporação de agentes modificadores tais como os polímeros. magnésio e cálcio) unidos por ligantes covalentes. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS ASFALTO Composição Quimica 8 . níquel.• Os CAPs são constituídos de 90% a 95% de hidrocarbonetos e de 5 a 10% de heteroátomos (oxigênio. ASFALTO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Composição Química Tabela: Exemplos de composições químicas de asfaltos 9 . .ASFALTO A composição química também varia com o tipo de fracionamento a que se submete o ligante asfáltico: ASTM D 4124-01 – saturados. nafteno-aromáticos. resinas e asfaltenos. Program) – compostos 10 PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Composição Química Método da solubilidade – determinação da atração ou da repulsão das partículas individuais. polar-aromáticos e asfaltenos. SARA – saturados. • Novas proposições de modelo estrutural do asfalto: SHRP (Strategic Highway Research constituintes de polares e não-polares. aromáticos. 200. • Estocagem e manuseio – o CAP deve ser sempre estocado e manuseado à temperatura mais baixa possível em relação à fluidez suficiente ao uso. Shell. 11 . 2003). como por exemplo.ASFALTO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Processo de Produção Estocagem e Manuseio • Refino – processos de separação e/ou transformação dos constituintes do petróleo. destilação direta. considerando a viscosidade adequada para a operação das ações necessárias aos processos de mistura em linha ou transferência para os sistemas de transporte (Hunter. Existem diferentes processos de refino de petróleo que produzem os ligantes asfálticos. ASFALTO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Produção Brasileira 12 . Cimento asfáltico de petóleo – CAP. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Tipos de ligantes asfálticos existentes no mercado brasileiro são denominados: 13 Figura: Consumo brasileiro de asfalto entre 2000 e 2009. Asfaltos modificados por polímero – AMP ou por borracha de pneus – AMB.ASFALTO Produção Brasileira a) b) c) d) e) f) Asfaltos diluídos – ADP. Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial. Emulsões asfálticas – EAP. (Fonte: Petrobras) . Agentes rejuvenescedores – AR e ARE. Em temperaturas muito baixas. as moléculas começam a se mover fazendo com que a viscosidade diminua – Ligante se comporta como um líquido. as moléculas não têm condições de se mover umas em relação às outras e a viscosidade fica muito elevada – Ligante se comporta como um sólido. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 14 .ASFALTO Propriedades físicas do asfalto. Em temperaturas mais elevadas. ensaios correntes • Todas as propriedades físicas do asfalto estão associadas à sua temperatura. de durabilidade. Ensaio de dutilidade.ASFALTO Propriedades físicas do asfalto. 15 . Suscetibilidade térmica. Ensaio de ponto de fulgor. ensaios correntes PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Os ensaios físicos dos cimentos asfálticos podem ser categorizados entre ensaios de consistência. Ensaio de viscosidade. Ensaio de ponto de ruptura Fraass. Ensaio de ponto de amolecimento. Ensaio de massa específica e densidade relativa. Ensaio de solubilidade. de pureza e de segurança. 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) Ensaio de penetração. Ensaio de espuma. Ensaio de durabilidade. Gás e Energia (ANP) uma nova especificação de CAP para todo o Brasil. Essa nova especificação baseia-se na penetração e nos ensaios vistos anteriormente e é apresentada nas tabelas a seguir: Nova especificação brasileira de cimento asfáltico de petróleo (CAP) (ANP. 2005) 16 .ESPECIFICAÇÕES BRASILEIRAS PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Em julho de 2005 foi aprovada pela Agência Nacional de Petróleo. ESPECIFICAÇÕES BRASILEIRAS Nova especificação brasileira de cimento asfáltico de petróleo (CAP) (ANP. 2005) PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 17 . nas quais o asfalto comum não supre a necessidade. diversos tipos de polímeros que aumentam a qualidade do ligante. entre outros. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 18 .ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO São usados em condições especiais tais como tráfego pesado e/ou grande variação térmica. usa-se modificadores de propriedades. gilsonita ou asfaltita. Portanto. como por exemplo os asfaltos naturais. e principalmente. Desvantagens: • Nem todos os polímeros são passíveis de serem adicionados ao CAP. 19 . • Maior qualidade da superfície quanto ao conforto.ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Vantagens: PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Pode reduzir a freqüencia das manutenções e aumentar a vida de serviço de pavimentos de locais de difícil acesso ou de custo muito elevado de interrupção do tráfego para reparos. e segurança dos usuários em todas as condições climáticas. • Custo elevado. que é associado ao conceito de compatibilidade. • Nem todo CAP quando modificado por polímeros apresenta estabilidade à estocagem. II – semicompatível – a separação de fases pode ocorrer. passíveis de uso são divididos em dois grupos: I – compatível – inexiste a separação de fases. • Potencial para deformação permanente ou fadiga 20 . A separação lenta pode ser evitada através de estocagem com agitação. sem precauções com manuseio.ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Conceito de Compatibilidade PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Os polímeros compatíveis. • Se é obra nova ou reforço. • Cargas mecânicas às quais o trecho estará submetido. estocagem sem agitação. ou seja. • Variações térmicas. e a separação rápida de fases irá requerer agitação intensa mesmo em transporte por curto espaço de tempo. Composição de Custos São fatores relevantes para a composição dos custos para asfaltos modificados: • Local onde será aplicado. ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Viabilidade técnica e econômica • O polímero seja resistente à degradação nas temperaturas usuais de utilização do asfalto. • Misture-se adequadamente com o asfalto. nem tão rígido ou quebradiço a baixas temperaturas. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 21 . • Melhore as características de fluidez do asfalto a altas temperaturas. sem que o ligante fique muito viscoso para a misturação e espalhamento. aplicação e serviço. deve poder ser processado nos equipamentos convencionais.ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Viabilidade técnica e econômica • O asfalto-polímero tem que manter suas propriedades durante a estocagem. física e quimicamente. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 22 . ao longo de todas as fases e não necessitar de temperaturas muito diferenciadas para aplicação. permanecer estável. ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Benefícios de diferentes tipos de modificadores de ASFALTO (modificado de shell. 2003) 23 . Velocidade= 5cm/min e Após atingir 200mm secciona-se ao meio e após 1 minuto verifica-se o quanto retornou das partes.ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Ensaios Correntes • • • • • Equipamento= dutilômetro. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Recuperação elástica 24 . Tamanho= Corpo de prova com 1cm². Temperatura= 25°C. ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO O primeiro ensaio sem polímero e o segundo com: PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Após a ruptura: 25 . em repouso. 26 .ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Ensaio de separação de fase PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • É empregado para quantificar a estabilidade à estocagem e correlaciona-se muito bem com observações em microscopia óptica. Nessas amostras são realizados os ensaios de ponto de amolecimento e de recuperação elástica. durante 5 dias dentro de uma estufa a 163oC e ao final desse período colher uma amostra em dois pontos distintos: um no topo e outro no fundo do tubo. • Consiste em se colocar o asfalto-polímero em um tubo metálico padronizado. na vertical. ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Coesividade vialit • Esse ensaio mede a característica de coesão proporcionada pelo asfalto-polímero por meio de um pêndulo que solicita uma amostra do material a ser testado. 27 . ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Ensaio de fragilidade e tenacidade • É realizado à temperatura ambiente com velocidade de 500mm/min e consiste em medir a força necessária para tracionar um cabeçote hemisférico imerso dentro de uma amostra do ligante. representada pela área total sob a curva resultante do ensaio e a tenacidade é definida como o trabalho necessário para estirar o ligante após o ponto de escoamento representado pela área hachurada na Figura abaixo. 28 . A fragilidade é definida como o trabalho total para tracionar até o rompimento um corpo-de-prova de ligante. ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Ensaio de Resiliência PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS Que mede a capacidade de um cimento asfáltico retornar ao seu estado original depois de ser submetido à compressão. 29 . ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO Asfalto Borracha PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 30 . ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 31 . • Utilização de ate mil pneus por Km. 32 . devido de se ter uma temperatura maior do que o tradicional. • Maior poluição ambiental na produção do asfalto borracha.ASFALTO MODIFICADO POR POLÍMERO PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Diferenças entre a produção em usina e a produção no local da obra. EMULSÃO ASFÁLTICA PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • As Emulsões Asfálticas são produtos compostos por esferas microscópicas de Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP) dispersas em água e em suspensão ante a ação de produtos químicos conhecidos como emulsificantes. • No caso da emulsão asfáltica (EAP) os dois líquidos são o asfalto e a água. Emulsão: • Uma emulsão é definida como uma dispersão estável de dois ou mais líquidos imiscíveis. • O asfalto precisa ser preparado por ação mecânica que o transforme em pequenas partículas. 33 . EMULSÃO ASFÁLTICA PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Dispersão do CAP em água com o uso de emulsificante. • Existem vários tipos. 34 . identificadas pelo tempo de ruptura. que previne ou retarda a separação das fases. • As emulsões estáveis têm o emulsificante. pela carga da partícula e pela finalidade. disperso em fase aquosa. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 35 . que é composta de ácido + emulsificante (0.EMULSÃO ASFÁLTICA Esquema de preparação de emulsão asfáltica • Composição: Cimento asfáltico (60 a 70%).2 a 1%) + água + solvente. EMULSÃO ASFÁLTICA Exemplo de Fábrica de Emulsão Asfáltica PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 36 . EMULSÃO ASFÁLTICA Classificação das Emulsões • As emulsões asfálticas podem ser classificadas: Quanto à carga da partícula: os dois tipos mais comuns são: catiônicas e aniônicas. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 37 . Quanto ao tempo de ruptura: ruptura rápida (RR). ruptura média (RM). ruptura lenta (RL) e ruptura controlada (RC). EMULSÃO ASFÁLTICA Ensaio de carga de partícula PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • O ensaio que determina a carga de partícula é realizado com auxílio de um equipamento de medida de pH. Consiste em introduzir os eletrodos dentro da emulsão e verificar para qual deles as partículas são atraídas. 38 . • A carga da partícula terá o sinal oposto ao do eletrodo para o qual foram atraídos os glóbulos de asfalto da emulsão. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Aniônica: 39 . Os glóbulos de asfalto são carregados negativamente. os grãos se dirigirão para o catodo (ensaio de carga de partícula). Ao imergir dois eletrodos em uma emulsão aniônica (ensaio de eletroforese).EMULSÃO ASFÁLTICA Tipo de emulsões quanto a carga elétrica São as mais antigas. PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Catiônica: 40 .EMULSÃO ASFÁLTICA Tipo de emulsões quanto a carga elétrica Atualmente este tipo de emulsão é a mais empregada. Os glóbulos de asfalto são carregados positivamente. onde as esferas de CAP são separadas da água pela ação de quebra da emulsão. Aumento de área específica.EMULSÃO ASFÁLTICA Ruptura da emulsão PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Nas misturas asfálticas a frio. Essa quebra se dá devido a ação de neutralização das cargas que mantêm o sistema.. Reatividade do Agregado. • A ruptura nada mais é do que a quebra da estabilidade química do sistema CAP-emulsificante-água. a Emulsão Asfáltica faz o papel de ligante asfáltico. Fatores que afetam a ruptura: • • • • • • Contaminação do agregado. Ação Mecânica. • Essa separação é conhecida no meio rodoviário como ruptura da emulsão asfáltica. 41 . Temperatura da Emulsão e Material Pétreo. Condições Climáticas. 5. Deixar 500 ml de emulsão por 5 dias numa proveta. 42 . Remover os béqueres e deixar esfriar à temperatura ambiente. determina-se o resíduo. Retirar os béqueres e agitar. 4. Coloca-se os béqueres com o material por 2 horas no interior da estufa à temperatura de (163 ± 3˚). recolocar os béqueres durante 1 hora na estufa.EMULSÃO ASFÁLTICA Ensaio de sedimentação (máximo 5%) PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 1. 2. Por diferença de peso entre topo e base. 3. Retirar do topo e do fundo da proveta uma amostra de 55 ml. Utiliza-se 1. É indesejável que a emulsão possua grumos. que é “peneirada” e em seguida pesada novamente para determinar a quantidade que ficou retida na peneira.1% de CAP (em peso) retido na peneira. O limite de especificação para qualquer emulsão é de 0. O peneiramento ou peneiração (ABNT NBR 14393/1999) consiste em determinar a porcentagem em peso de partículas de asfalto retidas na peneira de malha n° 20 (0.000ml de emulsão.84mm). formando “pelotas” de CAP que ficam retidas na peneira.EMULSÃO ASFÁLTICA Ensaio de peneiração PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • A função desse ensaio é garantir a qualidade na fabricação da emulsão. 43 . • Determinada quando peso for constante.EMULSÃO ASFÁLTICA Ensaio de Resíduo de Evaporação PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Objetivo: determinar a quantidade de resíduo seco contido em uma emulsão asfáltica após aquecimento até a total evaporação da água. 44 . • NBR 14376. EMULSÃO ASFÁLTICA Determinação do resíduo por destilação PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Objetivo: encontrar quantidade de resíduo por destilação através de métodos descritos na NBR 6568/2005. 45 . • O término da destilação deve ocorrer entre 45 e 75 minutos após atingida a temperatura de destilação que deve ser mantida durante 15 minutos. • O resíduo é expresso como a porcentagem de peso residual de material asfáltico emulsionado. • Aquecida por bico de Bunsen sob condições estabelecidas até 260ºC. • A amostra consiste de aproximadamente 300g da emulsão que são passados em peneira de abertura de 841μm. • A amostra é colocada em um destilador metálico especificado. obtendo-se o resíduo de desemulsibilidade. • Coloca-se o conjunto em estufa a 160°C deixando secar até constância de peso. 46 . • Verte-se a mistura sobre uma peneira com abertura de 1. B: Resíduo por destilação. em gramas.EMULSÃO ASFÁLTICA Ensaio de desemulsibilidade PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Coloca-se 100g de emulsão dentro de um béquer ou recipiente. • Subtrai-se o peso dos acessórios utilizados do peso seco do conjunto. em gramas. • A desemulsibilidade em porcentagem é dada pela expressão : Desemulssibilidade(%) = 𝐴 𝐵 x 100 A: Resíduo de desemulsibilidade. e adiciona-se 35g do reagente à temperatura de 25°C.40mm. • Agita-se o conteúdo por 2 minutos com o auxílio de um bastão. comprimindo eventuais grumos formados contra as paredes do béquer. EMULSÃO ASFÁLTICA Ensaio de Viscosidade PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Objetivo: determinar a trabalhabilidade da emulsão. 47 . • Influenciada pela quantidade de asfalto presente. • Medida por meio do viscosímetro Saybolt-Furol (NBR 14491). pelo emulsificante e pelo tamanho dos glóbulos. EMULSÃO ASFÁLTICA Determinação do pH da emulsão asfáltica PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Objetivo: saber se a emulsão é básica ou ácida. 48 . • Consiste em se usar um aparelho que possui um sensor que é mergulhado na amostra da emulsão e registra o pH. • NBR 6299/200. ASFALTO DILUIDO Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) O que é o Asfalto Diluído de Petróleo? PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 49 . ASFALTO DILUIDO Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) São divididos em 3 grupos: •Cura Rápida (CR) •Cura Média (CM) •Cura Lenta (CL) PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 50 . CR-250 PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Cura Média (CM): .CM-30 .CM-70 • Cura Lenta (CL) 51 .CR-70 .ASFALTO DILUIDO Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) • Cura Rápida (CR): . ASFALTO DILUIDO Asfalto Diluído de Petróleo (ADP) • Aplicações: .Pintura de ligação PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 52 .Serviços de imprimação . ASFALTO ESPUMA PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS O que é o Asfalto-Espuma? 53 . ASFALTO ESPUMA Esquema da câmara de expansão PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 54 . ASFALTO ESPUMA PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS 55 . Restauração de pavimento 56 .Taxa de expansão .ASFALTO ESPUMA PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS • Propriedades Fundamentais: .Meia-Vida • Principal uso: . AGENTE REJUVENESCEDORES PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS O que são os agentes rejuvenescedores? 57 . O PROGRAMA SHRP PAVIMENTAÇÃO –LIGANTES ASFALTICOS O que é o Programa SHRP? 58 . SOARES. J.Modal Rodoviário • [1] – LIEDI.G. Pavimentação asfáltica: formação básica para engenheiros. 2008.P. B... B.M. L. J.Rio de Janeiro: PETROBRAS: ABEDA.. CERATTI. 59 .B.A. MOTTA.BIBLIOGRAFIA Planejamento de Transportes .