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Terraplanagem e Pavimentação
Prof. MSc. Ruiter da Silva Souza
-O asfalto é um dos mais antigos e mais versáteis materiais de construção utilizados pelo homem; -Os primeiros registros são de 3000 a.C., quando ele era usado para conter vazamentos de águas em reservatórios, já passando pouco depois a pavimentar estradas no Oriente Médio. Nesta época, ele não era extraído do petróleo, mas sim feito com piche retirado de lagos pastosos (Wikipédia); -O Manual de asfalto (IA, 1989 versão em português, 2001) lista mais de 100 das principais aplicações desse material, desde a agricultura até a indústria. -No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas são de revestimento asfáltico, além de ser também utilizado em grande parte das ruas.
MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS
-Há várias razões para o uso intensivo do asfalto em pavimentação, sendo as principais: proporciona forte união dos agregados, agindo como um ligante que permite flexibilidade controlável Impermeabilizante; Durável; Resistente à ação da maioria dos ácidos, dos álcalis e dos sais, podendo ser utilizado aquecido ou emulsionado, com ou sem aditivos.
MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS
-As seguintes definições e conceituações são empregadas com referência ao material: betume: comumente é definido como uma mistura de hidrocarbonetos solúvel no bissulfeto de carbono; asfalto: mistura de hidrocarbonetos derivados do petróleo de forma natural ou por destilação, cujo principal componente é o betume, podendo conter ainda outros materiais, como oxigênio, nitrogênio e enxofre, em pequena proporção; alcatrão: é uma designação genérica de um produto que contém hidrocarbonetos, que se obtém da queima ou destilação destrutiva do carvão, madeira etc. -Portanto, o asfalto e o alcatrão são materiais betuminosos porque contêm betume, mas não podem ser confundidos porque suas propriedades são bastante diferentes.
MATERIAIS – LIGANTES ASFÁLTICOS
Asfaltos para pavimentação: a) Cimentos Asfálticos (CAP) b) Asfaltos Diluídos (AD) c) Emulsões Asfálticas (EA) d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros) Asfaltos industriais: a) Asfaltos Oxidados ou Soprados
CLASSIFICAÇÃO – QUANTO À APLICAÇÃO
Asfaltos naturais: Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). Possuem de 60 a 80% de betume. Rochas asfálticas: O asfalto aparece impregnando os poros de algumas rochas (Gilsonita) e também misturado com impurezas minerais (areias e argilas) em quantidades variáveis. O xisto betuminoso pode ser citado como exemplo de rocha asfáltica. Asfaltos de petróleo: Mais empregado e produzido, sendo isento de impurezas. Pode ser encontrado e produzido nos seguintes estados: a) Sólido b) Semi-sólido c) Líquido: Asfalto dissolvido e Asfalto emulsificado Alcatrão: Proveniente do refino do alcatrão bruto, que se origina da destilação dos carvões durante a fabricação de gás e coque. Estão em desuso no Brasil a mais de 25 anos.
CLASSIFICAÇÃO – QUANTO À ORIGEM
Segundo Leite (2003) apud Marques (2010), o CAP é por definição um material Adesivo termoplástico, impermeável à água, viscoelástico e pouco reativo, ou seja: Termoplástico: possibilita manuseio a quente. Após resfriamento retorna a condição de viscoelasticidade. Impermeável: evita a penetração de água (chuva) na estrutura do pavimento, forçando o escoamento para os dispositivos de drenagem Viscoelástico: Combina o comportamento elástico (sob aplicação de carga curta) e o viscoso (sob longos tempos de aplicação de carga) Pouco reativo: Quimicamente, apenas o contato com o ar propicia oxidação lenta, mas que pode ser acelerado pelo aumento da temperatura.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Composição Química do CAP Segundo Leite (2003):
- O CAP tem um número de átomos de carbono que varia de 24 a 150;
- Peso molecular de 300 a 2000;
- Contendo teores significantivos de heteroátomos (nitrogênio, oxigênio, enxofre, vanádio, níquel e ferro) que exercem papel importante;
- Constituído de compostos polares e polarizáveis (capazes de associação) e de compostos não polares (hidrocarbonetos aromáticos e saturados).
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Obtenção -Antigamente os asfaltos eram obtidos em lagos e poços de petróleo e com a evaporação das frações leves restava um material residual com características adequadas aos usos desejados. -Atualmente a obtenção do asfalto é feita através de refinação (refinamento) do petróleo. A quantidade de asfalto contida num petróleo pode variar de 10 a 70%. -O processo de refinamento depende do tipo e rendimento em asfalto que o mesmo apresenta. Se o rendimento for alto, apenas é utilizada a destinação à vácuo. Se o rendimento em asfalto for médio, usa-se a destilação atmosférica e destilação à vácuo. Se o rendimento for baixo utilizam-se destilação atmosférica, destilação à vácuo e extração após o 2º estágio de destilação.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Obtenção -O processo mais usado é o da destilação em duas etapas, que consiste numa separação física dos vários constituintes do petróleo pela diferença entre seus pontos de ebulição e de condensação. A seguir é mostrado um esquema do refino de asfalto proveniente de petróleos médios:
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Obtenção -Síntese do processo de refino: 1- Bombeamento do tanque, aquecimento, entrada na torre de destilação onde é parcialmente vaporizado. 2- As frações mais leves vaporizam e sobem na torre. No topo, após separação forma-se a gasolina e o gás liquefeito de petróleo (GLP). A queda de temperatura ao longo da torre provoca condensação, sendo retirados lateralmente, neste ponto, produtos especificados (querosene, óleo diesel). 3- As frações mais pesadas, ainda em estado líquido, vão para o fundo, sendo novamente aquecidas para entrada na torre de funcionamento à vácuo. 4- Na torre de destilação à vácuo a temperatura e o vácuo são controlados de modo a permitirem o ajuste da consistência desse resíduo, obtendo-se assim o asfalto.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Obtenção -Para se produzir CAP pode ser utilizado um ou mais tipos de petróleo (mistura). Após a destilação, o resíduo pode ser misturado com outras correntes para acerto da consistência. Sendo pouco viscoso (mole) adicionam-se resíduos de desasfaltação ou faz-se sopragem. Para os muito viscosos (duros) misturam-se gasóleos pesados.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Obtenção -Os quatro tipos disponíveis comercialmente são os seguintes: CAP 30/45; CAP 50/70; CAP 85/100 e CAP 150/ -O par de vapores significa os limites inferior e superior permitidos para a Penetração, medida em décimos de milímetro.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Especificação CAP
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO - CAP
Aplicações CAP -Deve ser livre de água, homogêneo em suas características e conhecer a curva viscosidade-temperatura. -Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico deve-se usar: CAP 30/45, 50/70 e 85/100. -Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso deve-se usar CAP150/200. Restrições CAP -Não podem ser usados acima de 177° C, para evitar possível craqueamento térmico do ligante. Também não devem ser aplicados em dias de chuva, em temperaturas inferiores a 10° C e sobre superfícies molhadas.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO
Aplicações CAP -Também conhecidos como Asfaltos Recortados ou “Cut Backs”. -Resultam da diluição do cimento asfáltico por destilados leves de petróleo. -Os diluentes funcionam como veículos proporcionando produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais baixas que o CAP.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO -
Asfaltos Diluídos
Aplicações CAP Classificação -A quantidade média de CAP e diluente são as seguintes:
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO -
Asfaltos Diluídos
Aplicações CAP É um sistema constituído pela dispersão de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta) ou de uma fase aquosa em uma fase asfáltica (inversa): CAP + Água + Agente Emulsivo. Obtenção -A emulsão asfáltica é conseguida mediante a colocação de CAP + Água + Agente Emulsivo (Emulsificante ou Emulsificador) em um moinho coloidal, onde é conseguida a dispersão da fase asfáltica na fase aquosa através da aplicação de energia mecânica (trituração do CAP) e Térmica (aquecimento do CAP para torná-lo fluido).
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Emulsões Asfálticas
Aplicações CAP Obtenção -O esquema de produção é mostrado na figura a seguir:
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Emulsões Asfálticas
Aplicações CAP Obtenção -O agente emulsificante tem a função de diminuir a tensão interfacial entre as fases asfáltica e aquosa, evitando que ocorra a decantação do asfalto na água. A quantidade de emulsificante varia de 0,2 a 1%. -Os agentes geralmente utilizados são o Sal de Amina, Silicatos Solúveis ou não Solúveis, Sabões e Óleos Vegetais Sulfonados e Argila Coloidal. -A quantidade de asfalto é da ordem de 60 a 70%
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Emulsões Asfálticas
Aplicações CAP Classificação Quanto ao tempo de ruptura -O tempo de ruptura depende da quantidade e tipo de agente emulsivo. -As emulsões asfálticas normalmente utilizadas em pavimentação são as catiônicas diretas, sendo classificadas quanto a utilização em: RR-1C; RR-2C; RM-1C; RM-2C; RL-1C; LA-1C; LA-2C. -Esta classificação depende da viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente, desemulsibilidade e resíduo de destilação.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Emulsões Asfálticas
Aplicações CAP -São obtidos a partir da dispersão do CAP com polímero, em unidade apropriada. -Os polímeros mais utilizados são: SBS (Copolímero de Estireno Butadieno); SBR (Borracha de Butadieno Estireno); EVA (Copolímero de Etileno Acetato de Vinila); EPDM (Tetrapolímero Etileno Propileno Diesso); APP (Polipropileno Atático); Polipropileno; Borracha vulcanizada; Resinas; Epóx; Poliuretanas; etc. -Os polímeros aceleram o comportamento reológico do asfalto conferindo elasticidade e melhorando suas propriedades mecânicas. Suas principais vantagens: Diminuição da suscetibilidade térmica Melhor característica adesiva e coesiva Maior resistência ao envelhecimento Elevação do ponto de amolecimento
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Asfalto Modificado (Asfalto Polímero)
Aplicações CAP Alta elasticidade Maior resistência à deformação permanente Melhores características de fadiga. -Devido a estas vantagens, tem sido muito utilizado em serviços de impermeabilização e pavimentação.
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Asfalto Modificado (Asfalto Polímero)
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Asfalto Modificado (Asfalto Polímero)
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Asfalto Modificado (Asfalto Borracha)
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO –
Asfalto Modificado (Asfalto Borracha)
Aplicações CAP -São asfaltos aquecidos e submetidos a ação de uma corrente de ar com o objetivo de modificar suas características normais, a fim de adaptá-los para aplicações especiais. -São usados geralmente para fins industriais como impermeabilizantes.
Asfaltos Industriais – Asfaltos Oxidados
ou Soprados
ASFALTOS PARA PAVIMENTAÇÃO
