ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos Asfaltos: Caracterização...

ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos

Asfaltos: Caracterização Brasileira

Bloco 2


As aulas contidas neste CD foram elaboradas pela seguinte equipe de professores:

AutoriaAutoria

Liedi Légi Bariani Bernucci - Universidade de São Paulo

Jorge Augusto Pereira Ceratti - Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Laura Maria Goretti da Motta - Universidade Federal do Rio de Janeiro

Jorge Barbosa Soares - Universidade Federal do Ceará


Este CD contém 30 aulas, em 10 blocos organizados por assunto:

Lista dos assuntos do CD completoLista dos assuntos do CD completo

Bloco 1 – Introdução

Bloco 2 – Asfaltos

Bloco 3 – Agregados e Fíler

Bloco 4 – Tipos de Revestimentos Asfálticos

Bloco 5 – Dosagem de Misturas Asfálticas e de Tratamento superficial

Bloco 6 – Propriedades Mecânicas de Misturas Asfálticas

Bloco 7 – Materiais de Bases e Soluções de Pavimentação Asfáltica

Bloco 8 – Técnicas Executivas

Bloco 9 – Avaliação de Pavimentos Asfálticos

Bloco 10 – Técnicas de Restauração e Reabilitação de Pavimentos Asfálticos


ObservaçãoObservação

O conteúdo das aulas aqui apresentadas tem caráter educacional e foi elaborado pelos quatro autores a partir das respectivas experiências em ensino, pesquisa e extensão. As informações possuem a contribuição de alunos e profissionais envolvidos nestas atividades.

Na melhor de suas possibilidades, os autores registraram o crédito devido nas diversas informações, incluindo fotos e figuras. Nenhuma informação deverá ser entendida como conselho ou recomendação de qualquer ordem.

Os materiais referidos não poderão ser copiados, reproduzidos, adaptados, publicados ou distribuídos em qualquer forma sem o consentimento prévio dos autores.


Cimento Asfáltico de PetróleoCimento Asfáltico de Petróleo Classificado por penetração

a 25ºC (até 2005) em

algumas refinarias: 30/45

50/60

85/100

150/200

Classificado por viscosidade a 60°C (até 2005):

CAP 7

CAP 20

CAP 40


Cimento Asfáltico de PetróleoCimento Asfáltico de Petróleo

Classificado por penetração

a 25ºC (a partir de 2005): 30/45

50/70

85/100

150/200


Classificação CAP 2005Classificação CAP 2005

Características da Tabela de Especificação com os métodos de ensaio:

Penetração

NBR 6576 - Materiais betuminosos - Determinação da penetração.

ASTM D 5 - Determinação de penetração de materiais betuminosos (Penetration of Bituminous Materials).

Ponto de Amolecimento

NBR 6560 - Materiais betuminosos - Determinação do ponto de amolecimento - Método do anel e bola.

ASTM D 36 - Determinação do ponto de amolecimento (método do anel e bola) (Softening Point of Bitumen (Ring-and-Ball Apparatus).



Características da Tabela de Especificação com os métodos de ensaio:

Viscosidade Saybolt-Furol e Viscosidade Brookfield

NBR 14950 - Materiais betuminosos - Determinação da viscosidade Saybolt Furol.

ASTM E 102 - Determinação da Viscosidade Saybolt Furol de materiais betuminosos a temperaturas elevadas (Standard Test Method for Saybolt Furol Viscosity of Bituminous Materials at High Temperatures).

ASTM D 4402 - Determinação da viscosidade do asfalto a temperaturas elevadas usando um viscosímetro rotacional (Viscosity Determination of Asphalt at Elevated Temperatures Using a Rotational Viscometer).


Tabela de Especificação - seguintes métodos de ensaio (cont.):

Ponto de Fulgor

NBR 11341 - Derivados de petróleo - Determinação dos pontos de fulgor e de combustão em vaso aberto Cleveland.

ASTM D 92 - Determinação dos pontos de fulgor e de combustão em vaso aberto Cleveland (Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester).

Solubilidade em Tricloroetileno

NBR 14855 - Materiais betuminosos - Determinação da solubilidade em tricloroetileno.

ASTM D 2042 - Solubilidade de materiais betuminosos em tricloroetileno (Solubility of Asphalt Materials in Trichloroethylene).



Tabela de Especificação - seguintes métodos de ensaio (cont.):

Dutilidade

NBR 6293 - Materiais betuminosos - Determinação da dutilidade.

ASTM D 113 - Dutilidade de materiais betuminosos (Ductility of Bituminous Materials).

Variação em Massa

NBR 15235 – Materiais asfálticos – Determinação do efeito do calor e do ar em uma película delgada rotacional.

ASTM D 2872 - Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film Oven Test).



Tabela Especificação 2005Tabela Especificação 2005

Características UnidadeLimites Métodos

CAP 30-45 CAP 50-70 CAP 85-100 CAP 150-200 ABNT ASTM

Penetração (100g, 5s, 25, oC) 0,1mm 30 a 45 50 a 70 85 a 100 150 a 200 NBR 6576 D 5

Ponto de Amolecimento oC 52 46 43 37 NBR 6560 D 36

Viscosidade Saybolt-Furol

s NBR 14950 E 102a 135oC 192 141 110 80

a 150oC 90 50 43 36

a 177oC 40 a 150 30 a 150 15 a 60 15 a 60

Viscosidade Brookfield

cP NBR 15184 D 4402

a 135oC, SP 21, 20rpm mín 374 274 214 155

a 150oC, SP 21, mín 203 112 97 81

a 177oC, 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. oC 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 oC, mín. cm 60 60 100 100 NBR 6293 D 113


Tabela Especificação 2005 (cont.)Tabela Especificação 2005 (cont.)

Efeito calor e ar a 163 oC, 85 mín

D 2872Variação em massa, máx % massa 0,5 0,5 0,5 0,5

Ductilidade a 25 oC cm 10 20 50 50NBR 6293

D113

Aumento do Ponto de Amolecimento

oC 8 8 8 8NBR 6560

D 36

Penetração Retida (*) % 60 55 55 50NBR 6576

D 5

(*) relação entre a penetração após o efeito do calor e do ar em estufa RTFOT e a penetração antes do ensaio.


CAPCAP

Ensaios correntes

da classificação

brasileira


PenetraçãoPenetração

Ensaio de classificação de cimentos asfálticos.

Medida de consistência.

Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s NBR 6576.

Presente em especificações ASTM e européias.


PenetraçãoPenetração

Equipamento

Amostra a 25oC


Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576)

Ensaios de ConsistênciaEnsaios de Consistência

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.


Solubilidade (Pureza)Solubilidade (Pureza)

Em tricloroetileno

NBR 14855


Solubilidade (Pureza)Solubilidade (Pureza)

Foto:PBS

(1) Materiais e equipamentos(2) Cadinho com papel filtro (esq)Amostra antes da filtragem (dir)

(3) Amostra dissolvida em tricloroetileno (4) Filtragem com auxílio de vácuo


Ponto de AmolecimentoPonto de Amolecimento

Ensaio classificatório de especificações européias

Especificação NBR 6560

Empregado para estimativa de susceptibilidade térmica.

Presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados.



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 5C/minuto. Quando o asfalto amolece, a bola e o asfalto deslocam-se em direção ao fundo.

Ponto de Amolecimento - Anel Bola


Ponto de AmolecimentoPonto de AmolecimentoInício do ensaio Final do ensaio


Viscosímetros para Fluídos NewtonianosViscosímetros para Fluídos Newtonianos

Necessário para:

Especificação de CAP (garantir bombeamento).

Determinação da temperatura de usinagem e compactação.

Por capilar – viscosidade cinemática.

Determinação do tempo de escoamento em tubos / orifícios calibrados:

Saybolt Furol ASTM D 88 e ASTM E 102.

Cannon Fenske e Zeithfuchs ASTM D 2170.

Brookfield (atual - mais moderno)

Saybolt Furol


Viscosidade Capilar a Vácuo a 60ºCViscosidade Capilar a Vácuo a 60ºC

Ensaio da classificação brasileira de cimento asfáltico até 2005

NBR 5847

Presente em especificações ASTM e européias.

Medida de consistência.


Ensaio de Viscosidade AbsolutaEnsaio de Viscosidade Absoluta 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).

Foto: IPT


Tipos de Tubos de Medida de ViscosidadeTipos de Tubos de Medida de Viscosidade

Asphalt Institute Tube Zietfuchs Cross-Arm Tube


Ensaios de Consistência - ViscosidadeEnsaios de Consistência - Viscosidade

Viscosímetro Saybolt Furol

Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs


Viscosímetro Rotacional (Brookfield)Viscosímetro Rotacional (Brookfield)

MEDIDAS: propriedades relacionadas ao bombeamento e estocagem.

ABNT 15184 (2004)

ASTM D 4402 (2002)

RESULTADOS: comportamento do fluido

viscosidade x taxa de cisalhamento x tensão de cisalhamento;

viscosidade dinâmica (cP);

gráfico temperatura-viscosidade para projeto de mistura.


Viscosímetro Rotacional (Brookfield)Viscosímetro Rotacional (Brookfield)



Dutilidade

A dutilidade 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.


DutilidadeDutilidade

Resistência à tração do ligante.

Empregado para ensaios de retorno elástico de asfaltos modificados.


Ensaios de SegurançaEnsaios de SegurançaPonto de Fulgor Menor temperatura, na qual os

vapores emanados durante o aquecimento do material asfáltico se inflamam quando expostos a uma fonte de ignição.


Ponto de Fulgor (Segurança) Ponto de Fulgor (Segurança)

Termômetro

Cápsula cheia de amostra

Ponta ligada ao gás


Ponto de FulgorPonto de Fulgor

Requisito de segurança.

Vaso aberto Cleveland.


Simula o envelhecimento da usinagem;

Temperatura: 163°C;

Tempo: 5h;

Determina a perda ou ganho de peso;

Especificação ASTM D 1754;

Especificação ABNT 14736 .

Estufa de Efeito de Calor e Ar: Película Delgada (TFOT)

Ensaio de Durabilidade:Efeito do Calor e do ArEnsaio de Durabilidade:Efeito do Calor e do Ar


Estufa de Película FinaEstufa de Película Fina

Vista da estufa fechada

Placa rotativa

PratoTermômetro

Prato comasfalto

Foto: Patricia Barboza da Silva


Ensaios de DurabilidadeEnsaios de Durabilidade

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


Estufa de Película Fina RotativaEstufa de Película Fina Rotativa


Estufa de Película Fina RotativaEstufa de Película Fina Rotativa

Cilindro para colocara amostra de ligante


RTFOTRTFOT

Recipiente para ligante na RTFOT

Antes do preenchimento após do preenchimento

com liganteRecipiente coberto após

ensaio RTFOT


Ensaio de massa específica do ligante Ensaio de massa específica do ligante

Picnômetro com asfalto e água

Determinação da massa do picnômetro totalmente preenchido com água a 25°C

Determinação da massa do picnômetro preenchido até a metade com asfalto a 25°C

Determinação da massa do picnômetro preenchido metade com água e metade com asfalto, a 25°C

ABNT 6296 ETAPAS:


Etapas do ensaio de massa específica do liganteEtapas do ensaio de massa específica do ligante

(1) Picnômetros com asfalto e com água (2) Massa do picnômetro com água a 25oC

(3) Massa do picnômetro com asfalto até a metade (4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água

Fotos: Patricia B. Silva


Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992 -2005)Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992 -2005)

De acordo com as Especificações Brasileiras DNC 1992, os CAP eram classificados quanto à viscosidade até 2005 em: CAP 7, CAP 20, CAP 40.

MétodosCaracterísticas Unidades CAP - 7 CAP - 20 CAP - 40 ABNT ASTMViscosidade a 60ºC P 700 a 1500 2000 a 3500 4000 a 8000 MB-827 D 2171

Viscosidade Saybolt S 100 min. 120 min. 170 min. MB-517 E 102Furol a 135ºC D 2170a 177ºC s 15 a 60 30 a 150 40 a 150 D 2161 (1)

Efeito do calor e do ar(ECA) a 163ºC por 5h - Variação em massa % 1,0 máx. 1,0 máx. 1,0 máx. MB-425 D 1757 - Relação de viscosidade 4,0 máx. 4,0 máx. 4,0 máx. (2) - Ductilidade a 25ºC cm 50 min. 20 min. 10 min. MB-167 D 113

Índice de susceptibilidadetérmica (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (3)

Penetração (100g, 5s, 25ºC) 0,1mm 90 min. 50 min. 30 min. MB-107 D 5

Ponto de fulgor ºC 220 min. 235 min. 235 min. MB-50 D 92

Solubilidade emtricloroetileno % massa 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. MB-166 D 2042

Valores


De acordo com as Especificações Brasileiras DNC 1992, os CAP eram classificados quanto à penetração até 2005 em: CAP 30-45, CAP 50-60, CAP 85-100, CAP150-200.

Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992-2005)Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992-2005)

Métodos

Características Unidades CAP 30/45 CAP 50/60 CAP 85/100 CAP 150/200 ABNT ASTM

Penetração (100g, 5s, 25ºC) 0,1 mm 30 a 45 50 a 60 85 a 100 150 a 200 MB-107 D 5

Ductilidade a 25ºC cm 60 min. 60 min. 100 min. 100 min. MB-167 D 113

Efeito do calor e do ar(ECA) a 163ºC por 5h

- Penetração (1) 50 min. 50 min. 47 min. 40 min. MB-107 D 5

- Variação em massa % 1,0 máx. 1,0 máx. 1,0 máx. 1,0 máx. MB-425 D 1757

Índice de susceptibilidadetérmica (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (2)

Ponto de fulgor ºC 235 min. 235 min. 235 min. 220 min. MB-50 D 92

Solubilidade emtricloroetileno % massa 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. MB-166 D 2042

Viscosidade Saybolt s 110 min. 110 min. 85 min. 70 min. MB-517 E 102Furol a 135ºC D 2170 e

D 2161 (3)

Valores


IP 87 - Ponto de Ruptura Fraass - Especificação AlemãIP 87 - Ponto de Ruptura Fraass - Especificação Alemã

Depende da consistência da matéria-prima – CAP.

Adição de SBS, SBR e BMP reduz no máximo 7ºC do Fraass do CAP original.

Ensaio que apresenta correlação com resultados do BBR e Tg.


Comportamento do AsfaltoComportamento do Asfalto

Comportamento Viscoelástico

Correlação entre tempo/temperatura


Usos do Cimento AsfálticoUsos do Cimento Asfáltico

Matéria-prima de asfaltos diluídos, emulsões asfálticas, asfaltos modificados, asfalto espuma e asfaltos soprados.

Aplicações rodoviárias a quente – concreto betuminoso a quente – CBUQ e misturas especiais – CPA, SMA, BBTM, Gap-graded, etc.


Bitumen Test Data Chart - BTDCBitumen Test Data Chart - BTDC


Tolerância Prevista pela SHELL em 1989Tolerância Prevista pela SHELL em 1989

0 18012060°C

Ponto deAmolecimento = Pen 800

Ponto deRuptura Fraass

102

103

101

103

102

101

100

104

Pen

etra

ção

@25

°C, d

mm

Visco

sidad

e 60°C, P

xx

Viscosidade 13.000 P

TIPO W SParâmetro = PA – T 13000P < 8ºC

Parâmetro correlaciona com frações cristalizáveis - DSC


BTDC de um Asfalto Convencional e um Modificado por PolímeroBTDC de um Asfalto Convencional e um Modificado por Polímero

0 18012060

°C

Ponto deAmolecimento

Ponto deRuptura Fraass

102

103

101

103

102

101

100

104

Asfalto Polímero

Asfalto Convencional

(CAP 20)

Pen

etra

ção

@25

°C, d

mm

Visco

sidad

e 60°C, P


Defeitos Associados a Temperaturas de ServiçoDefeitos Associados a Temperaturas de Serviço


Deformação PermanenteDeformação Permanente

Ocorre a temperaturas altas

No Brasil, entre 62 e 70 ºC

Influência predominante do agregado

Influência menor do ligante


Trincas por FadigaTrincas por Fadiga

Ocorre a temperaturas intermediáriasNo Brasil, entre 25 e 40 ºC

Nos EUA, entre 20 e 30ºC

Efeito do agregado e

do ligante


Trincas TérmicasTrincas Térmicas

Ocorre somente em países frios, geralmente em temperaturas inferiores a -10 º C

Influência predominante do ligante

Influência menor do agregado


Requisitos das Especificações de AC 20 (EUA) e CAP 20 (BR)Requisitos das Especificações de AC 20 (EUA) e CAP 20 (BR)

FADIGA

PENVISC.

2000 MÍNIMO

50 MÍNIMO

TIPO S

º C

DEFORMAÇÃO


Efeito da Baixa PenetraçãoEfeito da Baixa Penetração

PENVISC.

2000

40

TIPO S

º C


Efeito da Viscosidade BaixaEfeito da Viscosidade Baixa

PENVISC.

1500

50

TIPO S

º C


Equivalência das Temperaturas Relativas à FadigaEquivalência das Temperaturas Relativas à Fadiga

PENVISC.

2000

50

TIPO S

º C

21 35

30200

BRASILEUA

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