UNIVER UNIVERSIDADE IDADE FEDER EDERAL DE PERNA ERNAM MBUCO UC O NÚCLEO ÚCLEO DETECN DETECNO OLOGIA GIA CURSO CURSO DE GRADUAÇÃO GRADUAÇÃO EM ENGEN GENHARIA HARIA CIV CIVIL IL
Materiais Betuminosos PARTE 1
Prof.A rof.An ntôn tônio ioAc Aca acio de Melo Neto
HIS HI ST RICO us usos desde a pré-his istór tória ia como omo aglome lomerante e como omo mp mpermea zante; te; Bíb Bíblia lia-- im ermeabiliza ilizante da arca rca de Noé
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HIS HI ST RICO
im impermeabilizan zante dos banhos romanos; s cu o começou o uso em pav mentaç es rodoviá odoviárrias, ini inicia iallmente na Fra França e depoi oiss nos e na ngater terra as atos natura rass ; início do século XX - emprego do asfalto derivado de petróle tróleo. o.
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, design ignados como omo
, mater teria iais is betum tuminos inosos os
Betume é um a lomerante or ânico sólido semi-
sólido ou líquido, que pode ocorrer na natureza ou serr ob se obtitido do or roce rocesso sso in indu dust stria rial;l; co com m os osto to principalmente por hidrocarbonetos de massa molecular elevada e completamente solúvel em bissulfeto de carbono.
–
Hidroca carrbonetos pesados (C e H) ,
◦
,
,
,
etc.)
Fon Fontes naturais ou por proce cesssos indus dustriais
Pode Po derr agluti utinant nante e e imper permea eabi billizant zante e
100 %so sollúvel úvel em dissulfeto de carbono (CS2)
São polímeros (hidrocarbonetos complexos) 5 a 25 % dos betumes massa molecular de 600 a 300.000, partículas entre 5 e 30 nm, aumentam a viscosidade e a dureza dos betumes); malt enos : asfalt enos
◦
◦
resinas - de natureza
olar, forte adesividade e dispersantes dos asfaltenos, massa molecular de 500 a 50.000, partículas de 1 a 5 nm, a proporção resnaas ateno e ne as caracter st cas so ge o betume.
: malt enos
◦
aromáticos - 40 a 65%dos betumes, hidrocarbonetos
aromáticos naftênicos de mais baixa massa molecular do betume - 300 a 2.000, não polares, grande capacidade de molecular.
sat urados - 5 a 20%dos betumes, hidrocarbonetos
alifáticos, alquil naftenos e alguns alquil aromáticos, baixa massa molecular, não polares, não viscosos.
São adesivos e aglomerantes, que dispensam o uso da á ua, ao contrário dos a lomerantes minerais da Construção Civil; . , São hidrófugos (repelem a água)
São facilmente fundidos e solidificados: São termo lásticos, i.e., não ossuem onto de fusão, amolecendo em temperaturas variadas. O ponto de fusão, tem eratura de erda da estrutura cristalina ordenada, é típico dos sólidos cristalinos. ◦
Quebradiço T<0 oC, sólido até 10 oC, viscoso até o , u o > o
São inócuos: não interagem quimicamente com os agregados minerais (ou cargas), que lhe são a iciona os como materia e enc imento em diversas aplicações (quimicamente inerte com ou ros ma er as e cons ruç o ; Possb l dade de serem rec cláve s; Tem ductilidade variável e que pode ser afetada por exposição direta à luz solar.
Densidade próxim d águ (1 a 1,2 kg/l); nve ece exposto ao ar vre: per a e plasticidade aderência e impermeabilidade por causas: ◦
◦
scas:sa a os eos vo tes, Químicas: formam e liberam CO 2, H2O, álcoois e acetonas.
Mau condutor de calor,eletricidade e som;
ncen e -se com re a v ac
a e;
Todos os HC do betume se dissolvem no CS2;
asfaltenos são
as partículas solutas (com
constituído por parafinas saturadas, óleos arom ticos e resinas
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Resinas Óleos
Outros: carbenos e ácidos asfaltógenos
ELEM ENTO
% EM M A SSA
C
85 a 95 >
S
0 a 5
N
< 2
O
< 5
,
Asfaltenos
+ im ortantes do
Resinas asfálticas
betume
- viscosas e + duras ue os óleos
2
tetracloreto de carbono (Cl4C)
entre petróleo e asfalto
Óleos
Van der Waals
> 15% de asfaltenos
plasticidade do betume
100ºC
destilação
Determinam a
◦
feltros asfálticos
◦
◦
membranas asfálticas
concreto asfáltico
Tipos básicos de materiais betuminosos em unç o a origem Em função da sua forma de obtenção, os materiais betuminosos recebem a seguinte classificação tradicional: ue podem ser naturais (CAN) ou de petróleo CAP ; b) alcatrões; .
a asfaltos ou cimentos asfálticos
Por definição, asfalto é o material sólido ou semi-sólido, de cor entre preta e parda escura, que ocorre na na ureza ou o a a es aç o o petróleo, que se funde gradualmente pelo calor, e no . O asfalto ou cimento asfáltico é uma mistura massa específica em torno de 1 kg/dm 3 e cheiro de óleo queimado. O asfalto pode ser natural (sigla CAN) ou obtido da destilação do petróleo (sigla CAP).
Hoje não se comercializa CAN no Brasil. Os CAN podem provir de: a) jazidas de rochas asfálticas, sedimentárias, em geral de base arenítica ou calcária, impregnadas . aquecidas para extração do asfalto. , intempéries sobre petróleos que chegaram à su erfície ex lorados através de alerias subterrâneas, com ocorrências principais na Venezuela (Lago de Bermudez, com 360 ha e 2 m de profundidade) e na Ilha de Trindad (50 ha, até 40 m de profundidade).
É o asfalto obtido como resíduo da destilação do petróleo, bem mais abundante e barato. Nas torres de destilação, a parcela mais pesada do petróleo dá nafta (derivados da gasolina), querosene e diesel, e o resíduo ainda pode ser , fumo. betume que os CAN e são mais voláteis, porque o resíduo mineral é menor.
Princi ais ro riedades dos CAP CAP asfaltos;depende datemperatura;
os demais mat. Betuminosos; tem que se compor as duas propriedades parao uso; PONTO DE AMOLECIMENTO e PONTO DE FULGOR: valores de referênciaparao seu emprego; BETUME TOTAL, MASSA ESPECÍFICA e DESTILAÇÃO: paraqualificação do produto.
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, da destilação de materiais orgânicos (hulha, turfa, linhito, lenha, madeira). A hulha ou carvão mineral é o combustível fóssil de plantas superiores, decompostas ao abrigo de ar. C6H10O5 (sem ar) CO2 + 3H2O + CH4 + 4C A reação de hulheificação é lenta e gradual, formando inicialmente a turfa, que evolui até formar o carv o ou u a, propr amen e os.
O alcatrão pode ser obtido como resíduo nos seguintes processos industriais: a) em gasômetros, na obtenção de gás de iluminação, a partir da hulha; b) em coquerias, para a obtenção do coque
siderúrgico. O coque comum é aquecido a 1200 oC, sem acesso de ar. A 600 - 700oC o alcatrão bruto , óleos leves, médios e pesados, alcatrão destilado e iche.
omo erenças s cas os a ca r es destilados, em relação aos asfaltos, pode-se
, moles quando aquecidos e mais duros quando resfriados; b menor resistência às intem éries c
maior oder a lomerante.
outros polímeros ou fibras, para uso como mast que mater a e caaetaç o ou mater a de enchimento de juntas em saneamento, com excelente resistênciaaagentes agressivos.
É ainda usado em formulações com outros .
o ma er a resu an e a spers o e alcatrão em água, obtido com o auxílio de agente emulsificante apresentando partículas carre adas eletricamente.
or anaoga s o os ma er as resu an es a adição de determinadas substâncias, p. ex. polímeros aos alcatrões.
industriais ou alcatrões comelastômeros em preciso elevada resistência química- tanques e e uentes agoas e rejeitos etc.
o as ms uras e e umnosos en re s com ou sem a adição de cargas, resultando produtos de consistênciavariada. asfalto, tem-se maior aderência; ou um resistênciaàtemperatura.
betume, com muita argila, pedrisco, etc. É sólido à temperatura ambiente e funde de forma heterogênea, com muitos nódulos e grãos na massa fundida. Apresenta qualidades muito inferiores às dos a ca r es. O piche é obtido da destilação do alcatrão , impróprios para refino.
O piche pode ser ainda refinado, perdendo quase todo o betume e o resíduo é o breu, sólido à temperatura ordinária e de maior dureza que os , intempéries. O emprego de piche e breu não é hoje reconhecido pelas normas de pavimentação, nem de impermeabilização.
A utiliza ão de iche é ho e voltada ara a fabricação de tintas primárias de imprimação, impermeabilizantes ou anticorrosivas, para madeira, ferro e taludes (erosão). O piche de alcatrão de hulha tem grande compatibilidade com o epóxi, . para a fabricação de mastiques, assim como na fixa ão de tacos, "blokrets“ e la otas de pavimentação.
Propriedades tecnológicas básicas dos betuminosos
Durez Ponto de amolecimento Viscosidad Ductilidade
Ponto de Fulgor
Destilação
Qualificam os asfaltos e materiais betuminosos
Elevada dureza diminui a plasticidade, tornando o
Classifica os asfaltos: Ensaio de Ponto de Penetração: profundidade de penetração de uma agulha padronizada de peso oa e g, e a , mm e me ro ap ca a durante 5 s sobre uma amostra padronizada a 25 oC .
Caracterização de betuminosos - asfaltos
materiais
Ensaio de Penetração - Dureza , em décimos de milímetro, que uma agulha de amostra de volume padronizado de cimento , , 25°C. ◦
NBR 6576/98
Caracterização de betuminosos - asfaltos
materiais
equipamento manual e inicio de ensaio
Equipamento manual
Início de ensaio
Caracterização de etuminosos - as atos
manual e inicio de ensaio
materiais
Ponto de amolecimento (NBR 6550)
É uma temperatura de referência para preparo ou utilização dos betuminosos. Em geral, se situa na faixa de 36 oC a e acompan a a progress o a ureza.
Quanto > o ponto de amolecimento:
Melhor as condições de uso após aplicado
Mais difícil a aplicação (risco de explosão)
+ duro e caro o material
Ensaio de anel e bola
Temperatura em que a amostra amolece e toca a base com o eso da bola
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
Ensaio de ponto de amolecimento O ponto de amolecimento é uma medida empírica que correlaciona a temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condições particulares e atinge umadeterminadacondição de escoamento. norma ras era para este ensao a 6560. ◦
◦
material. Se a diferença de temperatura entre as duas amostra exceder °C o ensaio dev ser refeito Ess teste é tambémchamado de ensaio do anel e bola.
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
Equipamento e seqüência do ensaio de Ponto de Amolecimento
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
Equipamento e seqüência do ensaio de Ponto de Amolecimento
Viscosidade Resistência oposta por um fluido à deformação sob a a ão de uma for a.
Resistência ao escoamento
Propriedade básica
Viscosímetro de Sa bolt-Furol: mede o tem o que 60 cm3 do material leva para escoar por um or c o
f tem eratura massa de material
SSF (segundos no Saybolt-Furol )
Caracterização de materiais betuminosos asatos Ensaios deViscosidade A viscosidade é uma medida da consistência
◦
escoamento. utilizada é o Poise (g/[cm.s]). A viscosidade 2 , comumente emmm2/s,unidade referidacomo .
Caracterização de materiais betuminosos asatos Ensaios deViscosidade No Brasil o viscosímetro mais usado para os valor da viscosidade é reportado em aumadadatemperaturade ensaio.
◦
NBR 14756/2000.
Caracterização de betuminosos - asfaltos
materiais -
de ensaio de viscosidade
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
O viscosímetro Brookfield ermite medir as propriedades de consistência relacionadas ao bombeamento e à estoca em. Mede a viscosidade dinâmicaexpressaemcentiPoise (cP).O centiPoise é e uivalente ao miliPascal e 1000cP =1 Pa*s. A norma brasileira para este ensaio é a ABNT
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos viscosidade de asfaltos
Equipamento completo
Cilindro e câmara de amostra
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
E ui amento Brookfield viscosidade de asfaltos
ara
medida
de
Capacidade do material ser esticado sem romper
Forma de medição da plasticidade romper. Medido pelo ductilômetro
DEFINIDAS JUNTAS PARA O USO
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
A coesão dos asfaltos é avaliada indiretamente , capacidade do material de se alongar na forma . Nesse ensaio, os corpos-de-prova de asfalto, co oca os em mo es especas, s o mersos em água dentro de um banho que compõe o equpamen o. A norma brasileira para esse ensaio é a ABNT .
◦
◦
◦
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
Equipamento parao ensaio de ductilidade
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos
Equipamento parao ensaio de ductilidade
Massa Específica (NBR 6296)
Serve para avaliar a uniformidade e o teor de impurezas. Para asfaltos e alcatrões varia entre 900 a 3, kg/m3.
Para os sólidos pode ser determinada pelo processo da balança hidrostática.
Temp. na qual os gases emanados fazem uma rápida explosão ao contato de uma chama piloto
Ponto mais elevado para betuminosos sólidos
Ponto de fulgor: ensaio de vaso aberto
CAP: >220 oC (Penet.>100) e >235 oC (Penet.< 100)
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos ◦
O ponto de fulgor é um ensaio ligado à segurança u o o o u o po estocagem e a produção de mistura asfáltica. vapores emanados durante o aquecimento do
◦
padronizada. Valores de pontos de fulgor de asfaltos são normalmente su eriores a230°C. A norma brasileira para este ensaio é a ABNT NBR 11341.
Caracterização de materiais betuminosos betuminosos asatos ensaio emandamento
e ume o a
Betume total (NBR 14855): determina quantidade real de betume puro por solubilidade no CS 2.
u a o:
2
sso ve ma . org n cos em gera .
Nem tudo pode ser betume.
