Técnicas de Construção e Materiais

TÉCNICA E MATERIAIS DE
CONSTRUÇÃO
Prof. DSc Stênio Cavalier Cabral
Aglomerantes

AGLOMERANTESAGLOMERANTES
Definição:
 Elementos ativos na confecção de pastas,
argamassas e concretos;
 Apresentam-se geralmente sob a forma
pulverulenta (dimensões inferiores a 0,075mm) e
a maioria, quando misturada com água tem a
capacidade de aglutinar e formar suspensões
coloidais.
 Materiais ligantes que servem para solidarizar os
grãos de agregados imersos.

Classificação quanto ao tipo de
endurecimento:
 Ativos: aqueles que endurecem em virtude de
uma reação química:
 Inertes: aqueles que endurecem por simples
secagem.

Inorgânicos
 Cal
 Gesso
 Cimento Portland
 Outros cimentos
Orgânicos
 Betumes (asfaltos)
 Resinas

AGLOMERANTES INORGÂNICOSAGLOMERANTES INORGÂNICOS

Os aglomerantes Ativos são Classificação em:
 Aéreos:
Hidráulicos:

Classificação:
 Aéreos:
 menos resistentes à ação prolongada da água;
 Utilizáveis em ambiente seco.

Classificação:
 Hidráulicos
 mais resistentes à ação prolongada da água;
 Utilizáveis em ambiente externo.

Classificação:
 Aéreos
 Gesso
 Cal : hidratada e virgem
Hidráulicos
 Cimento Portland

10
MATERIAIS BETUMINOSO:
ASFALTO E BETUMES

AGLOMERANTES - AsfaltosAGLOMERANTES - Asfaltos
Asfaltos
• Asfalto é matéria hidrocarbonada de cor preta presentes
em muitos petróleos crus.
• Os asfaltos são classificados nos tipos:
• Cimentos asfálticos
• Asfaltos liquidos
• Emulsões Asfalticas

MATERIAIS ASFÁLTICOS
E
SUAS APLICAÇÕES
Prof. Dr. Stênio Cavalier cabral
12

O Petróleo
• O petróleo é uma substância
oleosa, inflamável, menos
densa que a água, com cheiro
característico e de cor variando
entre o negro e o castanho
escuro.
• Análise Elementar de Óleo Cru
Típico
Elemento Porcentagem em Peso
Carbono 84 - 87
Hidrogênio 11 - 14
Enxofre 0,06 - 2,0
Nitrogênio 0,1 - 2,0
Oxigênio 0,1 - 2,0

Teorias sobre a Origem do Petróleo
• A teoria estritamente mineral afirma que o petróleo se formou a
partir de carburetos (de alumínio, cálcio), que submetidos à
hidrólise, deram origem à hidrocarbonetos. Estes sob pressão e por
aquecimento, teriam se polimerizado e condensado, originando o
petróleo.
• A teoria orgânica alega que a presença de compostos
nitrogenados, clorofilados e hormônios no petróleo pressuporia a
participação animal e vegetal na sua formação. Os pesquisadores
modernos, em sua grande maioria, reconhecem apenas como válida
esta teoria.
• O petróleo é encontrado nas bacias sedimentares, depressões na
superfície da terra preenchidas por sedimentos que se
transformaram, em milhões de anos, em rochas sedimentares. A
acumulação de petróleo depende de alguns fatores:
– rochas geradoras que contenham a matéria-prima (pasta
orgânica) que se transforma em petróleo
– rochas-reservatório, que possuem espaços vazios, chamados

História do Petróleo
• Não se sabe quando despertaram a atenção do homem, mas o fato é que
o petróleo, assim como o asfalto e o betume, eram conhecidos desde os
primórdios da civilização.
• Os egípcios o usaram para embalsamar os mortos e na construção de
pirâmides, enquanto gregos e romanos dele lançaram mão para fins
bélicos.
• Só no século 18, porém, é que o petróleo começou a ser usado
comercialmente, na indústria farmacêutica e na iluminação. Como
medicamento, serviu de tônico cardíaco e remédio para cálculos renais,
enquanto seu uso externo combatia dores, cãimbra e outras moléstias.
• A invenção dos motores á gasolina e a diesel, no século passado, fez com
que outros derivados, até então desprezados, passassem a ter novas
aplicações.
• Hoje, além de grande utilização dos seus derivados, com o advento da
petroquímica, centenas de novos produtos foram surgindo, muitos deles
diariamente utilizados, como os plásticos, borrachas sintéticas, tintas,
corantes, adesivos, solventes, detergentes, explosivos, produtos
farmacêuticos, cosméticos, etc. Com isso, o petróleo além de produzir
combustível e energia, passou a ser imprescindível a utilidade e
comodidades da vida de hoje.

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.
16

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.
17

Descoberta de Petróleo do Brasil
• Em 1930, setenta anos depois
e após vários poços
perfurados sem sucesso em
alguns estados brasileiros, o
Engenheiro Agrônomo Manoel
Inácio Bastos, realizando uma
caçada nos arredores de
Lobato, tomou conhecimento
que os moradores usavam
uma lama preta, oleosa para
iluminar suas residências.
• A partir de então retornou ao
local várias vezes para
pesquisas e coletas de
amostras, com as quais
procurou interessar pessoas
influentes, porém sem
sucesso, sendo considerado
como "maníaco".
• Em 29 de julho de 1938, já sob a
jurisdição do recém-criado
Conselho Nacional de Petróleo -
CNP, foi iniciada a perfuração do
poço DNPM-163, em Lobato, que
viria a ser o descobridor de
petróleo no Brasil, quando no dia
21 de janeiro de 1939, o petróleo
apresentou-se ocupando parte da
coluna de perfuração.

Datas Importantes
• Em 1953, o presidente Getúlio Vargas criou a Petrobras e instituiu o
monopólio estatal no setor.
• Em 1973, eclodiu a primeira crise do petróleo. Países árabes do
Oriente Médio, que asseguravam 60% da produção mundial do
composto, entraram em conflito com Israel e decidiram cortar em um
quarto o volume produzido.
• O preço do barril, que na primeira crise passara de dois para 12
dólares, passou a custar 40, e o Brasil, como diversos países no
mundo, enfrentou grave recessão.
• Com a recuperação da economia, uma nova discussão surgiu a partir
de 1994: o fim do monopólio.
• Em 1997, foi criada a Agência Nacional do Petróleo para regular o
setor, e em 1999, começaram as licitações para exploração,
desenvolvimento e produção.

Geologia
• O petróleo é encontrado nas
bacias sedimentares, depressões
na superfície da terra preenchidas
por sedimentos que se
transformaram, em milhões de
anos, em rochas sedimentares.
• A existência de acumulações de
petróleo depende das
características e do arranjo de
certos tipos de rochas
sedimentares no subsolo.
• Basicamente, é preciso que
existam rochas geradoras que
contenham a matéria-prima que se
transforma em petróleo e rochas-
reservatório, ou seja, aquelas que
possuem espaços vazios,
chamados poros, capazes de
armazenar o petróleo.
• A ausência de qualquer um desses
elementos impossibilita a
existência de uma acumulação
petrolífera. Logo, a existência de
uma bacia sedimentar não
garante, por si só, a presença de
jazidas de petróleo.

Principais Produtos do Refino
• Gás ácido - Produção de enxofre
• Eteno - Petroquímica
• Dióxido de carbo no - Fluido
refrigerante
• Propanos especiais - Fluido
refrigerante
• Propeno - Petroquímica
• Butanos especiais - Propelentes
• Gás liquefeito de petróleo –
Combustível doméstico
• Gasolinas - Combustível automotivo
• Naftas - Solventes
• Naftas para petroquímica -
Petroquímica
• Aguarrás mineral - Solventes
• Solventes de borracha - Solventes
• Hexano comercial - Petroquímica,
extração de óleos
• Solventes diversos - Solventes
• Benzeno - Petroquímica
• Tolueno - Petroquímica, solventes
• Xilenos - Petroquímica, solventes
• Querosene de iluminação - Iluminação
e combustível doméstico
• Querosene de aviação - Combustível
para aviões
• Óleo diesel - Combustível para
ônibus, caminhões, etc.
• Lubrificantes básicos - Lubrificantes
de máquinas e motores em geral
• Parafinas - Fabricação de velas,
indústria de alimentos
• Óleos combustíveis - Combustíveis
industriais
• Resíduo aromático - Produção de
negro de fumo
• Extrato aromático - Óleo extensor de
borracha e plastificante
• Óleos especiais - Usos variados
• Asfaltos - Pavimentação
• Coque - Indústria de produção de
alumínio
• Enxofre - Produção de ácido sulfúrico
• n-Parafinas - Produção de detergentes
biodegradáveis

Destilação
• Produtos como a gasolina, óleo diesel,
asfalto e óleo combustível são recuperados
a partir do óleo cru por destilação.
• Este é bombeado até as unidades de
destilação e aquecido; uma porção se
transforma em vapor.
• Esse processo de aquecimento separa os
diversos componentes presentes no
petróleo em grupos que tem similar ponto
de ebulição.
• Quando o vapor se condensa, esses grupos
são condensados separadamente,
formando os destilados, que podem ser
usados desta maneira ou processados para
se obter um produto mais proveitoso ou de
melhor qualidade.
• A porção de óleo cru que não se vaporiza
na destilação, chamada de resíduo, pode
ser usada como óleo combustível ou
também ser processada, em produtos de
maior demanda.

Esquema de Refino do Óleo Crú

Processamento dos Resíduos da Destilação
• Cracking ou Craqueamento - O processo de craqueamento quebra
as moléculas de hidrocarbonetos pesados convertendo-as em
gasolina e uma série de destilados com maior valor comercial. Os
dois tipos principais de craqueamento são o térmico e o catalítico.
• Polimerização - é o oposto do craqueamento, isto é, moléculas de
hidrocarbonetos mais leves que a gasolina são combinadas com
moléculas semelhantes para produzir gasolina com alto teor de
octano (hidrocarboneto com 8 carbonos), de elevado valor comercial.
• Alquilação - O processo converte moléculas pequenas em moléculas
mais longas, como as que compõem a gasolina. Difere da
polimerização, pois neste processo podem ser combinadas
moléculas diferentes entre si.
• Dessulfurização - O óleo cru e derivados podem conter uma certa
quantidade de compostos de enxofre, como gás sulfídrico,
mercaptanas, sulfetos e dissulfetos. Diversos processos são usados
para dessulfurizar esses produtos, dependendo do tipo de enxofre
presente e da qualidade desejada para o produto final.
• Dessalinização Muitos processos são utilizados para remover sal e
água do óleo cru.

Materiais Asfálticos
Ligantes 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;
27

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.
28

Lago de Asfalto Natural
Trinidad Tobago
29

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).
30

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.
31

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.
32

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.
33

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.
34

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
35

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
36

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.
37

• 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.
38

• Adesivo termoplástico:
– comportamento visco-elástico.
• Comportamento visco-elástico relacionado à
consistência e à suscetibilidade térmica:
– tráfego rápido ⇒ comportamento elástico
– tráfego lento ⇒ comportamento viscoso
39

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*
40

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.
41

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
42

• ASTM D 4124-01, separa as frações em:
– Asfaltenos;
– Nafteno-aromáticos
– Saturados;
– Polar-Aromáticos
43

• Na Europa - Método SARA:
– S: Saturados
– A: Aromáticos
– R: Resinas
– A: Asfaltenos
44

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.
45

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.
46

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.
47

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
48

Saturados
• São óleos viscosos não-polares e
transparentes, compondo de 5 a 20% dos
asfaltos.
49

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.
50

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).
52

• 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:
53

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
54

Produção de asfalto
Destilação em apenas um estágio
PARA SISTEMA DE VÁCUO
GASÓLEO LEVE
PETRÓLEO GASÓLEO PESADO
ASFÁLTICO
FORNO
TORRE DE ASFALTO (C A P)
VÁCUO
55

Produção de asfalto no Brasil
• No Brasil há 9 refinarias da PETROBRAS
que produzem asfalto:
– REDUC, REFAP, REVAP, RLAM, REGAP,
LUBNOR, REMAN, REPAR, REPLAN.
– Vários processos;
– Vários petróleos, a maioria petróleo nacional
(atualmente: auto-suficiência na produção)
56

Produção de asfalto no Brasil
57

Classificação do CAP
- Por penetração a 25ºC (até
1992) em algumas
refinarias:
30/45
50/60
85/100
150/200
•Por viscosidade a 60°C
(até 2005):
CAP 7
CAP 20
CAP 40 58Fonte: 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
59

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, o
C) 0,1mm 30 a 45 50 a 70 85 a 100 150 a 200 NBR 6576 D 5
Ponto de Amolecimento o
C 52 46 43 37 NBR 6560 D 36
Viscosidade Saybolt-Furol
s NBR 14950 E 102
a 135o
C 192 141 110 80
a 150o
C 90 50 43 36
a 177o
C 40 a 150 30 a 150 15 a 60 15 a 60
Viscosidade Brookfield
cP NBR 15184 D 4402
a 135o
C, SP 21, 20rpm mín 374 274 214 155
a 150o
C, SP 21, mín 203 112 97 81
a 177o
C, 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. o
C 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 o
C, mín. cm 60 60 100 100 NBR 6293 D 113
60

Tabela de Especificação do CAP (cont.)
Efeito calor e ar a 163 o
C, 85 mín
D 2872
Variação em
massa, máx
%
massa
0,5 0,5 0,5 0,5
Ductilidade a 25
o
C
cm 10 20 50 50
NBR
6293
D113
Aumento do
Ponto de
Amolecimento
o
C 8 8 8 8
NBR
6560
D 36
Penetração
Retida (*)
% 60 55 55 50
NBR
6576
D 5
61

Onde:
(to
C)= 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
62

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.
63

• A temperatura de aplicação do CAP deve ser feita
para cada tipo de ligante, em função da relação
temperatura-viscosidade. (Pavimentação com
Concreto Betuminoso Usinado a Quente (CBUQ))
• 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.
64

65
2
12
1
TT
TTcomp
−
+=
CTTag CAP
0
13+=
2
34
3,
TT
TT CAPAQ
−
+=
TAQ, CAP : temperatura de aquecimento do CAP
Tcomp: temperatura de compactação da mistura
Tag: temperatura de aquecimento do agregado

Exemplo
Temperatura
ºC
VISCOSIDADE SAYBOLT-FUROL (S)
CAP 20
CAP 20 + 6%
BMP
CAP 20 + 12%
BMP
135 184 368 532
150 82 205 269
177 45 78 121
66
BMP – Borracha Moída de Pneus

Gráfico Temperatura x Viscosidade
RELAÇÃO VISCOSIDADEx TEMPERATURA
150
135
177
135
150
177
150
135
177
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
100 110 120 130 140 150 160 170 180 190
Temperatura (ºc)
Viscosidade(s)
CAP20
CAP20 + 6% Borracha
CAP20 + 12% Borracha
Linear (CAP20 + 6% Borracha)
Linear (CAP20 + 12% Borracha)
Linear (CAP20)
67

Emprego do CAP
• Pré-misturados a quente;
• Areia-asfalto a quente;
• Concreto asfáltico;
• Misturas asfálticas especiais: SMA, CPA,
Gap-Graduate, etc.
68

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
69

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. 70

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)
71

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.
72

Caminhão tanque para transporte de
Asfalto
73

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. 74

ENSAIOS CORRENTES
DE
CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO
75

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)
76

Penetração
• Ensaio de classificação de cimentos asfálticos.
• Medida de consistência.
• Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s (NBR 6576).
• Presente em especificações ASTM e Europeias
Problema: Dois asfaltos de diferentes origens
podem ter a mesma penetração, porém de
comportamento distinto.
77

Penetração - equipamento
78Fonte: Liedi et al.,2008

Ensaio de Penetração
Profundidade, em
décimo de
milímetro, que uma
agulha de massa
padronizada (100
g) penetra numa
amostra de cimento
asfáltico (por 5
segundos) à
temperatura de 25
°C.
Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576)
79

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 tricloroe
(4) Filtragem com auxílio de vácu80

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. 81

bola)
• Uma bola de aço de dimensões e peso
especificados é colocada no centro de uma
amostra de asfalto em banho. O banho é
aquecido a uma taxa controlada de 5°C/minuto.
• Quando o asfalto amolece, a bola e o
asfalto deslocam-se em direção ao fundo e
mede-se a temperatura.
82

bola)
Início do ensaio
Final do ensa
83
Fonte: Liedi et al.,2008

Viscosímetros para Fluídos Newtonianos
Medidas 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) 84

Viscosidade Capilar a Vácuo a 60ºC
Viscosidade cinemática (Stoke)
• Ensaio da classificação
brasileira de cimento
asfáltico até 2005
• NBR 5847.
• Presente em especificações
ASTM e européias.
• Medida de consistência.
85

Ensaio de Viscosidade Absoluta
Viscosidade 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).

Topo de Viscosímetros
Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs Viscosímetro Saybolt Furol87

Ensaios de Consistência
Aparelho: 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
90

Ponto de Fulgor (segurança)
Termômetro
Cápsula cheia de
amostra de CAP
Ponta ligada ao gás

Ensaio de Durabilidade
Efeito 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.
92

Estufa de Película Fina
Vista da
estufa fechada
Prato com
asfalto
Placa rotativa
Prato
Termô
metro

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:
94

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 25o
C
(4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água
95

96
O viscosímetro rotacional, geralmente,
caracteriza a rigidez do asfalto a 135o
C,
temperatura em que o material se
comporta quase que inteiramente como
um fluido viscoso
Viscosímetro Rotacional
(Brookfield)

97
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)
97
Simula o envelhecimento
de usinagem e compactação
Ensaio SUPERPAVE - SHARP

98
Estufa de Filme Fino Rotativo (RTFOT)
Cilindro para colocar
a amostra de CAP

99
Estufa de Filme Fino Rotativo
Recipiente para ligante na RTFOT
Antes do preenchimento após do preenchimento
com ligante
Recipiente coberto após
ensaio RTFOT

100
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

Reômetro de Cisalhamento Dinâmico
(DSR)
101
• 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

102
Reômetro de Cisalhamento Dinâmico (DSR)
δ = 0° material elástico ideal
δ = 90° material viscoso ideal

Comportamento do Asfalto
• Comportamento
Viscoelástico
• Correlação entre
tempo/temperatura
103

Defeitos Associados a Temperaturas de
Serviço

Deformação Permanente
Influência predominante do
agregado
Influência menor do ligante
Ocorre a temperaturas altas
No 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 ligante
106

Trincas Térmicas
•Ocorre somente
em países frios,
geralmente em
temperaturas
inferiores a -10 º C
•Influência
predominante do
ligante
•Influência menor do
agregado107

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Lamas asfálticas

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