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

1. 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
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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
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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. 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. 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. 4
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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. 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.
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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.
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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. 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)
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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
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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.)
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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
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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. 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.
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Mantas asfálticas –
Corte dos corpos-de-prova
Amostra cortada
Amostra íntegra
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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
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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. 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. 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
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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. 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.