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1202991902 betuminosos

O documento discute os principais tipos de materiais betuminosos utilizados na construção civil, incluindo asfalto, emulsões asfálticas, alcatrão e membranas asfálticas. Ele explica a composição, propriedades e aplicações típicas desses materiais, além de abordar temas como microestrutura, comportamento, mecanismos de deterioração e normas técnicas. O documento fornece informações detalhadas sobre esses materiais para auxiliar na especificação e projeto de sistemas de p

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1 1 MATERIAIS BETUMINOSOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL PCC 2339 Professores: Antonio Figueiredo J. Gaspar Djanikian Paulo Helene Sílvia Selmo Vahan Agopyan Vanderley John Colaboração: Talita de Almeida 2 MATERIAIS BETUMINOSOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL Tópicos •Introdução sobre betumes • Aplicações – históricas e atuais • Conceito, microestrutura e composição • Comportamento macroscópico • Mecanismos de deterioração • Principais tipos e propriedades características: • Asfaltos, emulsões e soluções asfálticas, alcatrões, asfaltos modificados; • Asfaltos oxidados, membranas, feltros e mantas asfálticas. • Bibliografia 3 Betumes – Aplicações históricas Emprego remonta à Pré-história: Material de ocorrência natural, aglomerante e impermeabilizante: •Arca de Noé – citação biblíca; •Tanques de banho - romanos; 4 Pavimentos rodoviários: Betumes – Aplicações atuais A partir do século XIX: na França e depois nos EUA e na Inglaterra (asfaltos naturais); Início do século XX – emprego de betumes gerados como resíduos, pela destilação do petróleo – ASFALTOS ou CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO – sigla CAP; CBUQ – concreto betuminoso usinado a quente 5 Sistemas de impermeabilização flexíveis: Betumes – Aplicações atuais A partir de meados do século XX; Produtos mais comuns: •ASFALTOS OXIDADOS – sigla AO (a quente em “primers” e membranas); • Mantas de AO com reforço; • Emulsões e soluções asfálticas (aplicação a frio); • Feltros asfálticos; • Mastiques; • ASFALTOS MODIFICADOS COM POLÍMEROS ou ELASTÔMEROS (SBS, borrachas – amostra para exemplificar). • Sugere-se consultar sites dos fabricantes indicados na bibliografia 6 Tipo SOL Tipo GEL Betumes – Microestrutura amorfa asfaltenos maltenos
2 7 Misturas de hidrocarbonetos pesados (ciclanos, alcanos, benzoides, ciclanos aromáticos, etc.) obtidas em estado natural ou por diferentes processos industriais, com consistência variável, de sólida a fluida, e com poder aglomerante, impermeabilizante e resistente a álcalis e ácidos, mas solúveis no bissulfeto de carbono (CS2). Betumes – Conceito 8 Suspensões coloidais, em que Betumes – Microestrutura asfaltenos são as partículas solutas, com tamanho entre 5 e 30 nm, massa molecular de 600 a 300.000, solúveis no bissulfeto de carbono e no tetracloreto de carbono. Respondem pela viscosidade e dureza dos betumes. solventes, maltenos ou petrolenos são constituídos por parafinas saturadas, hidrocarbonetos aromáticos com poucas cadeias parafínicas (relação C:H > 0,8) e resinas. Baixa massa molecular, não viscosos, não polares 9 Asfaltenos Resinas Óleos M a l t e n o s ELEMENTO %EMMASSA C 85a 95 H >15 S 0a 5 N <2 O <5 Betumes – Composição C100 10 Aglomerantes orgânicos, hidrófugos, amorfos (sem temperatura de fusão definida) termoplásticos e recicláveis; São visco-elásticos sob tensão aplicada de forma gradual, mas podem se tornar frágeis por carga abrupta; Propriedades dependem da fração de asfaltenos. Baixo teor de asfaltenos: a viscosidade da suspensão é newtoniana (linear) Viscosidade da suspensão coloidal é função da densidade da partícula - Teoria da hidrodinâmica contínua de Einstein. Betumes – Comportamento macroscópico 11 com 8% de asfaltenos em volume: o betume torna-se um gel viscoelástico com módulo de elasticidade não nulo (forma-se uma rede 3D de partículas de asfaltenos); a interação entre os asfaltenos é por forças de van der Waals, por isso mesmo um betume com 15% de asfaltenos amolece entre 60 ºC e 100ºC; Betumes – Comportamento macroscópico 12 Betumes – Mecanismos de deterioração Oxidação: pela exposição à luz UV, inserção de oxigênio em cadeias insaturadas, gera ligações tri-dimensionais tipo “cross-link”: aumento da viscosidade e fissuração; Evaporação: perda dos voláteis, com aumento da viscosidade e da dureza e diminuição da ductilidade, provocando fissuração;
3 13 Carbonização: elimina hidrogênio e provoca continuação da polimerização; Outros: polimerização, coagulação, deterioração microbiológica (oxidação), lixiviação. Betumes – Mecanismos de deterioração 14 ASFALTOS ou CAP ASFALTO - material sólido ou semi-sólido, de cor preta ou marrom escura, que se funde gradualmente pelo calor, e no qual os constituintes predominantes são os betumes. (Definição da NBR 9575/2003) Emprego como aglomerante em misturas para pavimentos e impermeabilização. 15 ASFALTOS ou CAP “Cimento asfaltico de petróleo (CAP): Produto obtido no fundo da torre de vácuo, após a remoção dos demais destilados de petróleo.” (NBR 9575/2003) O petróleo (rico em frações pesadas) pré-aquecido é introduzido nas torres de destilação, e entre 300 e 350°C separa-se em nafta (gasolinas); dois gasóleos (um leve, querosene e outro mais pesado, óleo diesel); resíduo é o asfalto resíduos finais dão origem ao piche e breu. 16 CAP – Principais propriedades VISCOSIDADE: é propriedade básica que classifica os asfaltos; depende da temperatura, medida complexa; PONTO DE AMOLECIMENTO: qualificação usual da viscosidade; classificação comercial. Ex: CAP 50/70 (endurecido na lata); PONTO DE FULGOR Valores de referência para o seu emprego a quente; RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO (DUREZA): proporcional à viscosidade DUTILIDADE: medida por ensaio de tração; tem que estar conjugada com a dureza, conforme a aplicação; BETUME TOTAL, MASSA ESPECÍFICA e DESTILAÇÃO: para completar qualificação do produto. 17 Diluição com outros hidrocarbonetos para serem aplicados com pequeno ou nenhum aquecimento; Em função do tempo de evaporação do diluente (cura) são classificados em três tipos: AD - cura rápida (com diluente leve tipo nafta) AD - cura média (com diluente médio tipo querosene) AD - cura lenta (com diluente mais pesado tipo óleo diesel) ASFALTOS DILUÍDOS 18 Dentro de cada tipo o AD é classificado em função de sua viscosidade; Em relação ao CAP, são menos viscosos e menor poder aglomerante; Uso principal: pavimentação (imprimação e tratamentos superficiais, principalmente) ASFALTOS DILUÍDOS
4 19 Asfalto emulsionado em água, apresentando partículas carregadas eletricamente: • ânionicas (-), p/ misturas com calcários e dolomitos, • catiônicas (+) p/ granitos e quartzos, e emulsões especiais; são classificadas em função do tempo de separação do asfalto da água (ruptura); usos: impermeabilização e pavimentação. Normas de impermeabilização: NBR 9685/2005 e NBR 9686/2006 EMULSÕES ASFÁLTICAS 20 ALCATRÃO Destilação destrutiva da hulha •resíduos (gasômetros, coquerias,etc); nas coquerias, a altas temperaturas (1200°C) e sem acesso de ar, o carvão se plastifica, destruindo as grandes cadeias de hidrocarbonetos, resultando o alcatrão bruto, que é redestilado para o emprego em construção civil; 21 ALCATRÃO diferenças com os asfaltos: maior poder aglomerante e melhor adesividade; menor durabilidade, pois tem mais voláteis; maior sensibilidade à temperatura O alcatrão é mais resistente a produtos químicos e é usado em tintas industriais a base de epóxi. Mas, na indústria de tintas, o seu uso tende a ser reduzido progressivamente, por exigências ambientais, segundo especialista do setor. 22 Novos produtos Modificados com polímeros (maior homogeneidade, durabilidade e comportamento elástico) Asfaltos modificados com fibras (maior resistência mecânica) - Interlagos ASFALTOS MODIFICADOS 23 Endurecimento e fissuração O agregado deve conferir maior rigidez, estabilidade e resistência à abrasão. Pavimentos asfálticos (CBUQ) - Falhas de desempenho pela deterioração 24 Pavimentos asfálticos (CBUQ) - Falhas de desempenho pela deterioração Deformação lenta visco-plástica
5 25 ASFALTOS OXIDADOS – AO NBR 9910/2002 • Estrutura modificada pela oxidação: faz-se passar uma corrente de ar ainda na torre de destilação, numa temperatura em torno de 200°C; • São classificados basicamente em função do seu ponto de amolecimento (mais alto que os CAPs); • Em relação ao CAP, são mais duros e duráveis, menos sensíveis à temperatura; • Uso principal – impermeabilização. • Alguns classificam este tipo de asfalto como modificado, mas o termo modificado é em geral aplicado a asfaltos aditivados com polímeros, cfe. adiante. 26 Asfaltos oxidados – NBR 9910/2002 Tipos de asfalto I II III IV P onto de am olecim ento 0 C 60-75 75-95 95-105 85-105 P enetração (250 C , 100g, 5s), 0,1 m m 25-40 20-35 15-25 40-55 Ductibilidade (250 C , 5 cm /m in)cm , m ínim o 5 - - 10 P erd a por aq uecim ento cm m assa (16 30 C. 5 h)% m ax 1 1 1 1 P enetração resíduo (% d a penetração original), m in 60 60 75 60 S olubilidad e em CS 2 ,% em m assa m in 99 99 99 99 P onto de fulgor 0 C m ínim o 235 235 235 235 Nota – é recomendável que o mínimo de ponto de amolecimento corresponda ao máximo de penetração e vice-versa, para os quatro tipos de asfaltos considerados. 27 Recomendações de fabricantes para usos dos asfaltos oxidados, por exemplo em www.betumat.com.br TIPO I: São aplicados em estruturas enterradas. TIPO II e III: São utilizados em sistemas de impermeabilizações moldados no local e colagens em sistemas pré- fabricados (mantas asfálticas). TIPO IV: São aplicados em câmaras frigoríficas e isolação térmicas. Consumo................................................................................................... TIPO I: Áreas enterradas.................. 2,0 - 4,0Kg/m² TIPO II e III: Áreas frias(banh./cozinhas).. 3,0 - 4,0Kg/m² Piscinas e caixas d’águas...... 2,0 - 4,0Kg/m² Lajes de cobertura.............. 4,0 - 5,0Kg/m² TIPO IV: Câmaras frigoríficas 2,0-4,0Kg/m Sistema de Aplicação................................................................................ Regularizar as áreas; Imprimar as áreas com primer e aguardar a secagem total; Aplicar o asfalto oxidado em uma demão com consumo aproximado de 1,5Kg/m²; Após esfriar a primeira demão, alinhar o reforço (tela ou veú de poliéster) e complementar a impermeabilização com demais demãos de AO, até atingir o consumo pré-estabelecido. Asfaltos oxidados 28 Membranas asfálticas para impermeabilização Sistemas moldados ‘in loco’, em 3 ou mais demãos de AO, geralmente com primer e camadas de reforço (feltros, mantas poliméricas de tecido ou não- tecido); Além do AO, pode-se empregar o asfalto diluído ou a emulsão asfáltica, com menor eficiência. 29 Desenhos extraídos de www.betumat.com.br Como bem definiu o Eng. MSc. Marcos Storte, da Viapol: “A obra não é lugar de pensar... A obra é lugar de fazer“ Use a NBR 9575/2003 – Impermeabilização – Seleção e Projeto !! Detalhamento técnico de impermeabilização é fundamental 30 Asfalto oxidado – exemplo de aplicação em membrana de impermeabilização Imagens: www.betumat.com.br
6 31 Feltros asfálticos – NBR 9228/1986 São produtos para reforço, constituídos por feltros celulósicos ou poliméricos (não tecidos) impregnados com asfalto, com saturação superior a 120% São classificados em função da massa do feltro não impregnado: 250, 350 e 500 (gramas por metro quadrado) 32 Feltros asfálticos T IP OC A R A C T E R ÍS T IC A S 2 5 0 3 5 0 5 0 0 M a s s a d o f e lt r o a s f á lt ic o s a tu r a d o , m í n im a ( k g / m 2 ) 0 , 5 5 0 , 7 7 1 , 1 0 M a s s a d o c a r t ã o a b s o r v e n t e s e c o , m ín im a ( k g / m 2 ) 0 , 2 5 0 , 3 5 0 , 5 0 t P o r c e n t a g e m d e s a t u r a ç ã o m í n im a ( % ) 1 2 0 1 2 0 1 2 0 P o n t o d e a m o l e c im e n t o s a t u r a n t e ( 0 C ) 3 4 a 6 5 3 5 a 6 5 3 5 a 6 5 F l e x i b ilid a d e a 1 0 0 C ( m a n d r il d e 3 , 0 c m d e d iâ m e t r o ) ( A ) ( A ) ( A ) R e s is t ê n c ia à t r a ç ã o d o f e l t r o a s f á l tic o s a t u r a d o m ín im a ( N / 0 , 0 5 m ) s e n t i d o l o n g it u d in a l 1 3 0 2 0 0 3 0 0 s e n t i d o t r a n s v e r s a l 1 3 0 2 0 0 3 0 0 A lo n g a m e n t o n a r u p t u r a d o f e lt r o a s f á l tic o s a t u r a d o n o m ín im o ( % ) s e n t i d o l o n g it u d in a l 2 2 2 33 Mantas asfálticas – propriedades Aderência; Resistência química; Resistência mecânica (impacto, tração); Inertes aos demais materiais em contato; Impermeabilidade e ductilidade: Resistência à deterioração (lixiviação, perda de voláteis, oxidação, carbonização, etc.) 34 Asfalto oxidado: garante a estanqueidade com boa durabilidade; Armadura de reforço: produtos celulósicos ou poliméricos, para conferir propriedades mecânicas e impedir fissuração; Acabamentos reflexivos ou com grãos minerais: para proteção solar e mecânica (abrasão, impacto, etc.) Mantas asfálticas – materiais constituintes 35 Qualificação de mantas asfálticas para impermeabilização NBR9952/2007 36 Mantas – Requisitos e critérios conforme NBR 9952/2007 I II III IV 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm Tração (mínimo) 80 N 180 N 400 N 550 N Alongamento (mínimo) 2% 2% 30% 35% 1,50% 1,50% 1,50% 1,50% A (-10 °C) (-10 °C) (-10 °C) (-10 °C) B (-5 °C) (-5 °C) (-5 °C) (-5 °C) C 0 °C 0 °C 0 °C 0 °C 2,45 J 2,45 J 4,90 J 4,90 J 95 °C 95 °C 95 °C 95 °C 1% 1% 1% 1% A 0 °C 0 °C 0 °C 0 °C B 5 °C 5 °C 5 °C 5 °C C 10 °C 10 °C 10 °C 10 °C 5 mca 10 mca 15 mca 20 mca 50 N 100 N 120 N 140 N 7) Estabilidade Dimensional (máximo) Mantas asfálticas expostas Mantas asfálticas protegidas ou auto protegidas 8) Envelhecimento acelerado 11) Resistência ao rasgo (mínimo) Os cps após o ensaio não devem apresentar bolhas, escorrimento, gretamento, separação dos constituintes, deslocamento ou delaminação 9) Flexibilidade após envelhecimento acelerado Tipos 10) Estanqueidade (mínimo) 4) Flexibilidade a baixa temperatura Tipos 6) Escorrimento (mínimo) 5) Resistência ao impacto 0 °C (mínimo) 2) Resistência à tração e alongamento_carga máxima (longitudinal e transversal) 3) Absorção d'água - variação em massa (máximo) Requisitos Tipos 1) Espessura
7 37 Mantas asfálticas – Preparação de amostras Uma amostra consiste na retirada de um trecho de cerca de 3m de comprimento da parte média do rolo (evita-se início e final) que possui 1m de largura. Seqüência de corte dos corpos-de-prova definida pela norma. 38 Mantas asfálticas – Corte dos corpos-de-prova Amostra cortada Amostra íntegra 39 Mantas asfálticas – Corpos-de-prova Vários acabamentos Sala de climatização (23±2°C por 2h) antes dos ensaios 40 Mantas asfálticas – Espessura da manta Determinação direta por micrômetro 41 Mantas asfálticas – Resistência à tração Carregamento controlado Velocidade de 100mm/minuto Diagrama carga- alongamento 42 Mantas asfálticas – Resistência à tração Corpo-de-prova rompido
8 43 Mantas asfálticas – Absorção de água Imersão em banho a 50°C por 5 dias Máxima absorção = 1,5% 44 Mantas asfálticas – Flexibilidade à baixa temperatura Ensaio de dobramento a frio Tipo A -10°C Tipo B -5°C Tipo C 0°C Freezer 45 Não podem apresentar fissuras ou rompimento Mantas asfálticas – Flexibilidade à baixa temperatura 46 Mantas asfálticas – Resistência a impacto (O°C) Queda de 0,25m para mantas de tipo I e II, e de 0,50m para os tipos III e IV 47 Mantas asfálticas – Resistência a impacto (O°C) Verificação de cortes e mossas 48 Mantas asfálticas - Escorrimento Verificação de escorrimento à temperatura de 95°C 2h em estufa OS cps devem ser examinados observando se houve deslocamento de massa asfaltica ou pontos com acúmulo do material betuminoso na forma de gotas ou semicírculos.
9 49 Estabilidade dimensional Apoio do corpo de prova sobre placa de vidro com camada de talco Temperatura 80°°°°C Tempo = 72 horas Variação máxima dimensional 50 Mantas asfálticas – Estabilidade dimensional Medição com gabarito 51 Mantas asfálticas – Envelhecimento acelerado Temperatura 80°C Tempo = 4 semanas Repetição do ensaio de flexibilidade a frio (quantificação da perda de desempenho) sob os mesmos critérios Os cps não devem apresentar bolhas, escorrimento, gretamento, separação dos constituintes, deslocamento ou delaminação. 52 Ex. asfalto elastomérico Mantas, membranas e Juntas (canal de irrigação) Imagens: http//www.betumat.com.br ASFALTOS MODIFICADOS Aditivados com polímeros 53 Asfalto elastomérico – Requisitos e critérios conforme NBR 13121/1994 NBR 6560 90 °C NBR 6576 45.10 -1 mm ASTM D-71 1,15 25% NBR 7462 15% ASTM D-430 1000 ciclos NBR 9957 70% ASTM D-2939 Não fissurar Ver item (5) Não escorrer 5) Deformação máxima permanente (2) 7) Resistência à fadiga por dobramento, após envelhecimento acelerado (1) , em relação ao valor da resistência inicial à fadiga, mínimo 8) Flexibilidade a baixa temperatura (4) (-5 + 0,5) °C 9) Escorrimento 2) Dureza, penetração máxima 3) Densidade máxima 4) Alongamento mínimo, na carga máxima (1) 6) Resistência à fadiga por dobramento (1) , mínimo (1) Corpo-de-prova com espessura mínima de 4 mm. (2) Um corpo-de-prova com 150 mm x 50 mm x 4 mm quando tracionado deve permanecer deformado a 50% em relação à distância inicial entre garras, igual a 40 mm, pelo período de 1 h. A medida de deformação final é feita 1 hora após o relaxamento da deformação. O resultado é a média de 3 determinações. (4) a) Preparação dos cps.: aquecer asfalto em banho de óleo térmico a temperatura máxima de 180 o C, e moldar o asfalto em moldes de 100 mmm x 100 mm x 1,60 mm com fundo em papel de alumínio apoiado em superfície rígida. Aguardar 24 h para o ensaio; b) Ensaio: Três corpos-de- prova são imersos em água com sal de cozinha e detergente biodegradável, mantidos a (- 5 + 0,5) °C, durante 1 h e após ensaiados em mandril de 50 mm de diâmetro, ângulo de 180 o C, durante 2 s. (5) a) Preparação dos cps.: como em no item (3)a); b) Ensaio: Três corpos-de-prova são mantidos em estufa à temperatura de (70 + 1) °C, na posição vertical; após 2 h verificar se houve escorrimento da parte inferior dos cps. e nem relação ao papel de alumínio. (3) Alternância de temperatura entre 80 °C e 70 °C, em estufa ventilada, por 6 semanas. Requisitos - NBR 13121/1994 1) Ponto de amolecimento, mínimo Método de ensaio Critério 54 ASFALTO ELASTOMÉRICO Especificação da amostra distribuída em sala, Betuplast: Ponto de amolecimento (D-36).......90ºC - 105ºC Penetração (D-5)............................ 35 - 40mm/10 Cinzas (D-2415)..............................0 - 2% Atende a Norma Brasileira..............NBR 13.121 Polímero utilizado......................... SBS (estireno - butadieno - estireno) Consumo.......................................................................... Membranas impermeabilizantes..... 2,0-3,0Kg/m² Juntas de dilatação (2x1cm) ............0,230Kg/metro linear Aplicação.......................................................................... Aplicado a quente, temperatura entre 160ºC-180ºC, com aquecimeto em banho-maria. Cuidados............................................................................ A temperatura máxima para aplicação é de 180ºC; Não aquecer em fogo direto. Utilizar caldeiras de óleo térmico, elétrica ou colchão de areia; Não aplicar em substrato úmido. Fonte: http//www.betumat.com.br
10 55 Detalhamento técnico de junta em asfalto elastomérico Imagens: http//www.betumat.com.br 56 Dimensionamento de selantes flexíveis (escolha é função da capacidade de movimentação do polímero) l comprimento da peça εmax def. máxima do selante ∆ l movimento máx. previsto (mm) ∆T variação térmica (oC) f(cor superficial + ambiente) α coef. dilatação térmica (oC-1) sup. planamaterial não adesivo no fundo para impedir aderência do selante x 0,5a1x selante Selantes mais flexíveis são os elásticos (silicones, poliuretanos e polissulfetos, movimentação elástica até + 25 %) seguidos dos elasto-plásticos (acrílicos – até + 7 % e asfaltos modificados). 57 Materiais betuminosos – Bibliografia ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas - Manta asfáltica para impermeabilização NBR9952. São Paulo, ABNT, 2007. ____ – Emulsão asfaltica para impermeabilização NBR9685. São Paulo, ABNT, 2005. ____ – Solução e emulsão asfalticas empregadas como material de imprimação na impermeabilização NBR 9686. São Paulo, ABNT, 2006. ____ – Impermeabilização - Seleção e projeto NBR 9575. São Paulo, ABNT, 2003. ____ – Feltros asfálticos para impermeabilização NBR 9228. Rio de Janeiro, ABNT, 1986. ____ – Asfaltos modificados para impermeabilização sem adição de polímeros - Características de desempenho NBR 9910. São Paulo, ABNT, 2002. Selmo, S. Materiais Betuminosos. EPUSP/PCC, São Paulo, 2002, 27 p. (Apostila PCC 2339, ed. rev.) Taylor, G.D. Construction Materials. Longman, Singapore, 1991. Sites da Viapol e Betumat.

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1202991902 betuminosos

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    1 1 MATERIAIS BETUMINOSOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL PCC2339 Professores: Antonio Figueiredo J. Gaspar Djanikian Paulo Helene Sílvia Selmo Vahan Agopyan Vanderley John Colaboração: Talita de Almeida 2 MATERIAIS BETUMINOSOS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL Tópicos •Introdução sobre betumes • Aplicações – históricas e atuais • Conceito, microestrutura e composição • Comportamento macroscópico • Mecanismos de deterioração • Principais tipos e propriedades características: • Asfaltos, emulsões e soluções asfálticas, alcatrões, asfaltos modificados; • Asfaltos oxidados, membranas, feltros e mantas asfálticas. • Bibliografia 3 Betumes – Aplicações históricas Emprego remonta à Pré-história: Material de ocorrência natural, aglomerante e impermeabilizante: •Arca de Noé – citação biblíca; •Tanques de banho - romanos; 4 Pavimentos rodoviários: Betumes – Aplicações atuais A partir do século XIX: na França e depois nos EUA e na Inglaterra (asfaltos naturais); Início do século XX – emprego de betumes gerados como resíduos, pela destilação do petróleo – ASFALTOS ou CIMENTOS ASFÁLTICOS DE PETRÓLEO – sigla CAP; CBUQ – concreto betuminoso usinado a quente 5 Sistemas de impermeabilização flexíveis: Betumes – Aplicações atuais A partir de meados do século XX; Produtos mais comuns: •ASFALTOS OXIDADOS – sigla AO (a quente em “primers” e membranas); • Mantas de AO com reforço; • Emulsões e soluções asfálticas (aplicação a frio); • Feltros asfálticos; • Mastiques; • ASFALTOS MODIFICADOS COM POLÍMEROS ou ELASTÔMEROS (SBS, borrachas – amostra para exemplificar). • Sugere-se consultar sites dos fabricantes indicados na bibliografia 6 Tipo SOL Tipo GEL Betumes – Microestrutura amorfa asfaltenos maltenos
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    2 7 Misturas de hidrocarbonetospesados (ciclanos, alcanos, benzoides, ciclanos aromáticos, etc.) obtidas em estado natural ou por diferentes processos industriais, com consistência variável, de sólida a fluida, e com poder aglomerante, impermeabilizante e resistente a álcalis e ácidos, mas solúveis no bissulfeto de carbono (CS2). Betumes – Conceito 8 Suspensões coloidais, em que Betumes – Microestrutura asfaltenos são as partículas solutas, com tamanho entre 5 e 30 nm, massa molecular de 600 a 300.000, solúveis no bissulfeto de carbono e no tetracloreto de carbono. Respondem pela viscosidade e dureza dos betumes. solventes, maltenos ou petrolenos são constituídos por parafinas saturadas, hidrocarbonetos aromáticos com poucas cadeias parafínicas (relação C:H > 0,8) e resinas. Baixa massa molecular, não viscosos, não polares 9 Asfaltenos Resinas Óleos M a l t e n o s ELEMENTO %EMMASSA C 85a 95 H >15 S 0a 5 N <2 O <5 Betumes – Composição C100 10 Aglomerantes orgânicos, hidrófugos, amorfos (sem temperatura de fusão definida) termoplásticos e recicláveis; São visco-elásticos sob tensão aplicada de forma gradual, mas podem se tornar frágeis por carga abrupta; Propriedades dependem da fração de asfaltenos. Baixo teor de asfaltenos: a viscosidade da suspensão é newtoniana (linear) Viscosidade da suspensão coloidal é função da densidade da partícula - Teoria da hidrodinâmica contínua de Einstein. Betumes – Comportamento macroscópico 11 com 8% de asfaltenos em volume: o betume torna-se um gel viscoelástico com módulo de elasticidade não nulo (forma-se uma rede 3D de partículas de asfaltenos); a interação entre os asfaltenos é por forças de van der Waals, por isso mesmo um betume com 15% de asfaltenos amolece entre 60 ºC e 100ºC; Betumes – Comportamento macroscópico 12 Betumes – Mecanismos de deterioração Oxidação: pela exposição à luz UV, inserção de oxigênio em cadeias insaturadas, gera ligações tri-dimensionais tipo “cross-link”: aumento da viscosidade e fissuração; Evaporação: perda dos voláteis, com aumento da viscosidade e da dureza e diminuição da ductilidade, provocando fissuração;
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    3 13 Carbonização: elimina hidrogênioe provoca continuação da polimerização; Outros: polimerização, coagulação, deterioração microbiológica (oxidação), lixiviação. Betumes – Mecanismos de deterioração 14 ASFALTOS ou CAP ASFALTO - material sólido ou semi-sólido, de cor preta ou marrom escura, que se funde gradualmente pelo calor, e no qual os constituintes predominantes são os betumes. (Definição da NBR 9575/2003) Emprego como aglomerante em misturas para pavimentos e impermeabilização. 15 ASFALTOS ou CAP “Cimento asfaltico de petróleo (CAP): Produto obtido no fundo da torre de vácuo, após a remoção dos demais destilados de petróleo.” (NBR 9575/2003) O petróleo (rico em frações pesadas) pré-aquecido é introduzido nas torres de destilação, e entre 300 e 350°C separa-se em nafta (gasolinas); dois gasóleos (um leve, querosene e outro mais pesado, óleo diesel); resíduo é o asfalto resíduos finais dão origem ao piche e breu. 16 CAP – Principais propriedades VISCOSIDADE: é propriedade básica que classifica os asfaltos; depende da temperatura, medida complexa; PONTO DE AMOLECIMENTO: qualificação usual da viscosidade; classificação comercial. Ex: CAP 50/70 (endurecido na lata); PONTO DE FULGOR Valores de referência para o seu emprego a quente; RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO (DUREZA): proporcional à viscosidade DUTILIDADE: medida por ensaio de tração; tem que estar conjugada com a dureza, conforme a aplicação; BETUME TOTAL, MASSA ESPECÍFICA e DESTILAÇÃO: para completar qualificação do produto. 17 Diluição com outros hidrocarbonetos para serem aplicados com pequeno ou nenhum aquecimento; Em função do tempo de evaporação do diluente (cura) são classificados em três tipos: AD - cura rápida (com diluente leve tipo nafta) AD - cura média (com diluente médio tipo querosene) AD - cura lenta (com diluente mais pesado tipo óleo diesel) ASFALTOS DILUÍDOS 18 Dentro de cada tipo o AD é classificado em função de sua viscosidade; Em relação ao CAP, são menos viscosos e menor poder aglomerante; Uso principal: pavimentação (imprimação e tratamentos superficiais, principalmente) ASFALTOS DILUÍDOS
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    4 19 Asfalto emulsionado emágua, apresentando partículas carregadas eletricamente: • ânionicas (-), p/ misturas com calcários e dolomitos, • catiônicas (+) p/ granitos e quartzos, e emulsões especiais; são classificadas em função do tempo de separação do asfalto da água (ruptura); usos: impermeabilização e pavimentação. Normas de impermeabilização: NBR 9685/2005 e NBR 9686/2006 EMULSÕES ASFÁLTICAS 20 ALCATRÃO Destilação destrutiva da hulha •resíduos (gasômetros, coquerias,etc); nas coquerias, a altas temperaturas (1200°C) e sem acesso de ar, o carvão se plastifica, destruindo as grandes cadeias de hidrocarbonetos, resultando o alcatrão bruto, que é redestilado para o emprego em construção civil; 21 ALCATRÃO diferenças com os asfaltos: maior poder aglomerante e melhor adesividade; menor durabilidade, pois tem mais voláteis; maior sensibilidade à temperatura O alcatrão é mais resistente a produtos químicos e é usado em tintas industriais a base de epóxi. Mas, na indústria de tintas, o seu uso tende a ser reduzido progressivamente, por exigências ambientais, segundo especialista do setor. 22 Novos produtos Modificados com polímeros (maior homogeneidade, durabilidade e comportamento elástico) Asfaltos modificados com fibras (maior resistência mecânica) - Interlagos ASFALTOS MODIFICADOS 23 Endurecimento e fissuração O agregado deve conferir maior rigidez, estabilidade e resistência à abrasão. Pavimentos asfálticos (CBUQ) - Falhas de desempenho pela deterioração 24 Pavimentos asfálticos (CBUQ) - Falhas de desempenho pela deterioração Deformação lenta visco-plástica
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    5 25 ASFALTOS OXIDADOS –AO NBR 9910/2002 • Estrutura modificada pela oxidação: faz-se passar uma corrente de ar ainda na torre de destilação, numa temperatura em torno de 200°C; • São classificados basicamente em função do seu ponto de amolecimento (mais alto que os CAPs); • Em relação ao CAP, são mais duros e duráveis, menos sensíveis à temperatura; • Uso principal – impermeabilização. • Alguns classificam este tipo de asfalto como modificado, mas o termo modificado é em geral aplicado a asfaltos aditivados com polímeros, cfe. adiante. 26 Asfaltos oxidados – NBR 9910/2002 Tipos de asfalto I II III IV P onto de am olecim ento 0 C 60-75 75-95 95-105 85-105 P enetração (250 C , 100g, 5s), 0,1 m m 25-40 20-35 15-25 40-55 Ductibilidade (250 C , 5 cm /m in)cm , m ínim o 5 - - 10 P erd a por aq uecim ento cm m assa (16 30 C. 5 h)% m ax 1 1 1 1 P enetração resíduo (% d a penetração original), m in 60 60 75 60 S olubilidad e em CS 2 ,% em m assa m in 99 99 99 99 P onto de fulgor 0 C m ínim o 235 235 235 235 Nota – é recomendável que o mínimo de ponto de amolecimento corresponda ao máximo de penetração e vice-versa, para os quatro tipos de asfaltos considerados. 27 Recomendações de fabricantes para usos dos asfaltos oxidados, por exemplo em www.betumat.com.br TIPO I: São aplicados em estruturas enterradas. TIPO II e III: São utilizados em sistemas de impermeabilizações moldados no local e colagens em sistemas pré- fabricados (mantas asfálticas). TIPO IV: São aplicados em câmaras frigoríficas e isolação térmicas. Consumo................................................................................................... TIPO I: Áreas enterradas.................. 2,0 - 4,0Kg/m² TIPO II e III: Áreas frias(banh./cozinhas).. 3,0 - 4,0Kg/m² Piscinas e caixas d’águas...... 2,0 - 4,0Kg/m² Lajes de cobertura.............. 4,0 - 5,0Kg/m² TIPO IV: Câmaras frigoríficas 2,0-4,0Kg/m Sistema de Aplicação................................................................................ Regularizar as áreas; Imprimar as áreas com primer e aguardar a secagem total; Aplicar o asfalto oxidado em uma demão com consumo aproximado de 1,5Kg/m²; Após esfriar a primeira demão, alinhar o reforço (tela ou veú de poliéster) e complementar a impermeabilização com demais demãos de AO, até atingir o consumo pré-estabelecido. Asfaltos oxidados 28 Membranas asfálticas para impermeabilização Sistemas moldados ‘in loco’, em 3 ou mais demãos de AO, geralmente com primer e camadas de reforço (feltros, mantas poliméricas de tecido ou não- tecido); Além do AO, pode-se empregar o asfalto diluído ou a emulsão asfáltica, com menor eficiência. 29 Desenhos extraídos de www.betumat.com.br Como bem definiu o Eng. MSc. Marcos Storte, da Viapol: “A obra não é lugar de pensar... A obra é lugar de fazer“ Use a NBR 9575/2003 – Impermeabilização – Seleção e Projeto !! Detalhamento técnico de impermeabilização é fundamental 30 Asfalto oxidado – exemplo de aplicação em membrana de impermeabilização Imagens: www.betumat.com.br
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    6 31 Feltros asfálticos –NBR 9228/1986 São produtos para reforço, constituídos por feltros celulósicos ou poliméricos (não tecidos) impregnados com asfalto, com saturação superior a 120% São classificados em função da massa do feltro não impregnado: 250, 350 e 500 (gramas por metro quadrado) 32 Feltros asfálticos T IP OC A R A C T E R ÍS T IC A S 2 5 0 3 5 0 5 0 0 M a s s a d o f e lt r o a s f á lt ic o s a tu r a d o , m í n im a ( k g / m 2 ) 0 , 5 5 0 , 7 7 1 , 1 0 M a s s a d o c a r t ã o a b s o r v e n t e s e c o , m ín im a ( k g / m 2 ) 0 , 2 5 0 , 3 5 0 , 5 0 t P o r c e n t a g e m d e s a t u r a ç ã o m í n im a ( % ) 1 2 0 1 2 0 1 2 0 P o n t o d e a m o l e c im e n t o s a t u r a n t e ( 0 C ) 3 4 a 6 5 3 5 a 6 5 3 5 a 6 5 F l e x i b ilid a d e a 1 0 0 C ( m a n d r il d e 3 , 0 c m d e d iâ m e t r o ) ( A ) ( A ) ( A ) R e s is t ê n c ia à t r a ç ã o d o f e l t r o a s f á l tic o s a t u r a d o m ín im a ( N / 0 , 0 5 m ) s e n t i d o l o n g it u d in a l 1 3 0 2 0 0 3 0 0 s e n t i d o t r a n s v e r s a l 1 3 0 2 0 0 3 0 0 A lo n g a m e n t o n a r u p t u r a d o f e lt r o a s f á l tic o s a t u r a d o n o m ín im o ( % ) s e n t i d o l o n g it u d in a l 2 2 2 33 Mantas asfálticas – propriedades Aderência; Resistência química; Resistência mecânica (impacto, tração); Inertes aos demais materiais em contato; Impermeabilidade e ductilidade: Resistência à deterioração (lixiviação, perda de voláteis, oxidação, carbonização, etc.) 34 Asfalto oxidado: garante a estanqueidade com boa durabilidade; Armadura de reforço: produtos celulósicos ou poliméricos, para conferir propriedades mecânicas e impedir fissuração; Acabamentos reflexivos ou com grãos minerais: para proteção solar e mecânica (abrasão, impacto, etc.) Mantas asfálticas – materiais constituintes 35 Qualificação de mantas asfálticas para impermeabilização NBR9952/2007 36 Mantas – Requisitos e critérios conforme NBR 9952/2007 I II III IV 3 mm 3 mm 3 mm 3 mm Tração (mínimo) 80 N 180 N 400 N 550 N Alongamento (mínimo) 2% 2% 30% 35% 1,50% 1,50% 1,50% 1,50% A (-10 °C) (-10 °C) (-10 °C) (-10 °C) B (-5 °C) (-5 °C) (-5 °C) (-5 °C) C 0 °C 0 °C 0 °C 0 °C 2,45 J 2,45 J 4,90 J 4,90 J 95 °C 95 °C 95 °C 95 °C 1% 1% 1% 1% A 0 °C 0 °C 0 °C 0 °C B 5 °C 5 °C 5 °C 5 °C C 10 °C 10 °C 10 °C 10 °C 5 mca 10 mca 15 mca 20 mca 50 N 100 N 120 N 140 N 7) Estabilidade Dimensional (máximo) Mantas asfálticas expostas Mantas asfálticas protegidas ou auto protegidas 8) Envelhecimento acelerado 11) Resistência ao rasgo (mínimo) Os cps após o ensaio não devem apresentar bolhas, escorrimento, gretamento, separação dos constituintes, deslocamento ou delaminação 9) Flexibilidade após envelhecimento acelerado Tipos 10) Estanqueidade (mínimo) 4) Flexibilidade a baixa temperatura Tipos 6) Escorrimento (mínimo) 5) Resistência ao impacto 0 °C (mínimo) 2) Resistência à tração e alongamento_carga máxima (longitudinal e transversal) 3) Absorção d'água - variação em massa (máximo) Requisitos Tipos 1) Espessura
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    7 37 Mantas asfálticas – Preparaçãode amostras Uma amostra consiste na retirada de um trecho de cerca de 3m de comprimento da parte média do rolo (evita-se início e final) que possui 1m de largura. Seqüência de corte dos corpos-de-prova definida pela norma. 38 Mantas asfálticas – Corte dos corpos-de-prova Amostra cortada Amostra íntegra 39 Mantas asfálticas – Corpos-de-prova Vários acabamentos Sala de climatização (23±2°C por 2h) antes dos ensaios 40 Mantas asfálticas – Espessura da manta Determinação direta por micrômetro 41 Mantas asfálticas – Resistência à tração Carregamento controlado Velocidade de 100mm/minuto Diagrama carga- alongamento 42 Mantas asfálticas – Resistência à tração Corpo-de-prova rompido
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    8 43 Mantas asfálticas – Absorçãode água Imersão em banho a 50°C por 5 dias Máxima absorção = 1,5% 44 Mantas asfálticas – Flexibilidade à baixa temperatura Ensaio de dobramento a frio Tipo A -10°C Tipo B -5°C Tipo C 0°C Freezer 45 Não podem apresentar fissuras ou rompimento Mantas asfálticas – Flexibilidade à baixa temperatura 46 Mantas asfálticas – Resistência a impacto (O°C) Queda de 0,25m para mantas de tipo I e II, e de 0,50m para os tipos III e IV 47 Mantas asfálticas – Resistência a impacto (O°C) Verificação de cortes e mossas 48 Mantas asfálticas - Escorrimento Verificação de escorrimento à temperatura de 95°C 2h em estufa OS cps devem ser examinados observando se houve deslocamento de massa asfaltica ou pontos com acúmulo do material betuminoso na forma de gotas ou semicírculos.
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    9 49 Estabilidade dimensional Apoio docorpo de prova sobre placa de vidro com camada de talco Temperatura 80°°°°C Tempo = 72 horas Variação máxima dimensional 50 Mantas asfálticas – Estabilidade dimensional Medição com gabarito 51 Mantas asfálticas – Envelhecimento acelerado Temperatura 80°C Tempo = 4 semanas Repetição do ensaio de flexibilidade a frio (quantificação da perda de desempenho) sob os mesmos critérios Os cps não devem apresentar bolhas, escorrimento, gretamento, separação dos constituintes, deslocamento ou delaminação. 52 Ex. asfalto elastomérico Mantas, membranas e Juntas (canal de irrigação) Imagens: http//www.betumat.com.br ASFALTOS MODIFICADOS Aditivados com polímeros 53 Asfalto elastomérico – Requisitos e critérios conforme NBR 13121/1994 NBR 6560 90 °C NBR 6576 45.10 -1 mm ASTM D-71 1,15 25% NBR 7462 15% ASTM D-430 1000 ciclos NBR 9957 70% ASTM D-2939 Não fissurar Ver item (5) Não escorrer 5) Deformação máxima permanente (2) 7) Resistência à fadiga por dobramento, após envelhecimento acelerado (1) , em relação ao valor da resistência inicial à fadiga, mínimo 8) Flexibilidade a baixa temperatura (4) (-5 + 0,5) °C 9) Escorrimento 2) Dureza, penetração máxima 3) Densidade máxima 4) Alongamento mínimo, na carga máxima (1) 6) Resistência à fadiga por dobramento (1) , mínimo (1) Corpo-de-prova com espessura mínima de 4 mm. (2) Um corpo-de-prova com 150 mm x 50 mm x 4 mm quando tracionado deve permanecer deformado a 50% em relação à distância inicial entre garras, igual a 40 mm, pelo período de 1 h. A medida de deformação final é feita 1 hora após o relaxamento da deformação. O resultado é a média de 3 determinações. (4) a) Preparação dos cps.: aquecer asfalto em banho de óleo térmico a temperatura máxima de 180 o C, e moldar o asfalto em moldes de 100 mmm x 100 mm x 1,60 mm com fundo em papel de alumínio apoiado em superfície rígida. Aguardar 24 h para o ensaio; b) Ensaio: Três corpos-de- prova são imersos em água com sal de cozinha e detergente biodegradável, mantidos a (- 5 + 0,5) °C, durante 1 h e após ensaiados em mandril de 50 mm de diâmetro, ângulo de 180 o C, durante 2 s. (5) a) Preparação dos cps.: como em no item (3)a); b) Ensaio: Três corpos-de-prova são mantidos em estufa à temperatura de (70 + 1) °C, na posição vertical; após 2 h verificar se houve escorrimento da parte inferior dos cps. e nem relação ao papel de alumínio. (3) Alternância de temperatura entre 80 °C e 70 °C, em estufa ventilada, por 6 semanas. Requisitos - NBR 13121/1994 1) Ponto de amolecimento, mínimo Método de ensaio Critério 54 ASFALTO ELASTOMÉRICO Especificação da amostra distribuída em sala, Betuplast: Ponto de amolecimento (D-36).......90ºC - 105ºC Penetração (D-5)............................ 35 - 40mm/10 Cinzas (D-2415)..............................0 - 2% Atende a Norma Brasileira..............NBR 13.121 Polímero utilizado......................... SBS (estireno - butadieno - estireno) Consumo.......................................................................... Membranas impermeabilizantes..... 2,0-3,0Kg/m² Juntas de dilatação (2x1cm) ............0,230Kg/metro linear Aplicação.......................................................................... Aplicado a quente, temperatura entre 160ºC-180ºC, com aquecimeto em banho-maria. Cuidados............................................................................ A temperatura máxima para aplicação é de 180ºC; Não aquecer em fogo direto. Utilizar caldeiras de óleo térmico, elétrica ou colchão de areia; Não aplicar em substrato úmido. Fonte: http//www.betumat.com.br
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    10 55 Detalhamento técnico dejunta em asfalto elastomérico Imagens: http//www.betumat.com.br 56 Dimensionamento de selantes flexíveis (escolha é função da capacidade de movimentação do polímero) l comprimento da peça εmax def. máxima do selante ∆ l movimento máx. previsto (mm) ∆T variação térmica (oC) f(cor superficial + ambiente) α coef. dilatação térmica (oC-1) sup. planamaterial não adesivo no fundo para impedir aderência do selante x 0,5a1x selante Selantes mais flexíveis são os elásticos (silicones, poliuretanos e polissulfetos, movimentação elástica até + 25 %) seguidos dos elasto-plásticos (acrílicos – até + 7 % e asfaltos modificados). 57 Materiais betuminosos – Bibliografia ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas - Manta asfáltica para impermeabilização NBR9952. São Paulo, ABNT, 2007. ____ – Emulsão asfaltica para impermeabilização NBR9685. São Paulo, ABNT, 2005. ____ – Solução e emulsão asfalticas empregadas como material de imprimação na impermeabilização NBR 9686. São Paulo, ABNT, 2006. ____ – Impermeabilização - Seleção e projeto NBR 9575. São Paulo, ABNT, 2003. ____ – Feltros asfálticos para impermeabilização NBR 9228. Rio de Janeiro, ABNT, 1986. ____ – Asfaltos modificados para impermeabilização sem adição de polímeros - Características de desempenho NBR 9910. São Paulo, ABNT, 2002. Selmo, S. Materiais Betuminosos. EPUSP/PCC, São Paulo, 2002, 27 p. (Apostila PCC 2339, ed. rev.) Taylor, G.D. Construction Materials. Longman, Singapore, 1991. Sites da Viapol e Betumat.