Estradas e Vias Aula 04
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PROFa. ENG. Me. DANIELLE CLERMAN BRUXEL
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MATERIAIS PARA INFRAESTRUTURA RODOVIRIA: AGREGADOS; SOLOS; LIGANTES ASFALTICOS; LIGANTE HIDRAULICO (CIMENTO PORTLAND).
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Produtos que tem a capacidade de aglomerar uma poro elevada de materiais inertes, conferindo ao conjunto coeso e resistncia.
Hidrfobos ligante asfaltico; Hidrlos ligante hidraulico (cimento portland).
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O asfalto um dos mais antigos e versteis materiais de construo utilizados pelo homem.
O uso em pavimentao um dos mais importantes entre todos. Na maioria dos pases, a pavimentao asfltica a principal forma de revestimento, tanto rodoviria como aeroporturia.
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No Brasil, cerca de 95% das estradas pavimentadas so de revestimento asfltico, alm de ser tambm utilizado em grande parte das ruas de vias urbanas.
PORQUE ASFALTO?
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Porque Asfalto?
Proporciona forte unio entre agregados; Permite exibilidade; impermeabilizante; durvel e resistente a maioria dos cidos, alcalis e sais.
Pode ser aquecido, emulsionado, aditivado.
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Asfaltos para pavimentao: Cimentos Asflticos (CAP) Asfaltos Diludos (AD) Emulses Asflticas (EA) Asfaltos Modicados (Asfaltos Polmeros); Espuma Asfaltica.
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BETUME: mistura de hidrocarbonetos... ASFALTO: mistura de hidrocarbonetos, cujo principal componente o betume, podendo ainda conter outros materiais (enxofre, oxignio, etc). ALCATRAO: designao genrica de um produto que contm hidrocarbonetos que se obtm da queima ou destilao destrutiva do carvo, madeira
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Logo, os asfaltos e alcatres so materiais betuminosos!
No utiliza-se mais os alcatres devido ao seu poder cancergeno e baixa qualidade como ligante.
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Quando o asfalto se enquadra em uma determinada classicao, que em geral se baseia em propriedades fsicas que reitam no bom desempenho do material na obra, ele passa a ser denominado comumente pela sigla CAP cimento asfltico de petrleo, seguida de um identicador numrico que reete a penetrao obtida em ensaio especco.
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Classicaes particulares do asfalto (caracteristicas fsicas...) usa-se a sigla:
CAP Cimento Asfaltico de Petrleo. Produto semi-slido a temperaturas baixas, viscoelstico a temperatura ambiente e lquido a altas temperaturas. Impermevel a agua e pouco reativo (sofre oxidao ao longo dos anos).
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Existem perto de 1500 tipos de petrleo no mundo, porm somente pequena proporo deles considerada apropriada para produzir asfalto. (Shell, 2003). A composio qumica inuencia nas propriedades fsicas e mecnicas das misturas asfalticas. Petroleos venezuelanos so reconhecidos como os de melhor qualidade para produo de asfalto.
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Processos de produo e estocagem Quase todo o asfalto em uso hoje em dia obtido do processamento de petrleo bruto (ou cru) em plantas especiais denominadas renarias.
O reno o conjunto de processos de separao e/ou transformao dos constituintes do petrleo. Existem diferentes processos de reno de petrleo que produzem os ligantes asflticos. O origem/ composio do petrleo inuencia na escolha do processo de reno.
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Processos de produo e estocagem O CAP deve ser sempre estocado e manuseado temperatura mais baixa possvel em relao uidez suciente ao uso, considerando a viscosidade adequada para a operacionalidade das aes necessrias aos processos de mistura em linha ou transferncia para os sistemas de transportes. De forma a evitar um possvel endurecimento e envelhecimento do ligante durante a estocagem, os tanques devem ser munidos de sensores de temperatura.
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Produo de Asfalto em dois estgios de destilao:
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9 Renarias distribuidas pelo Brasil.
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Principais funes do asfalto na Pavimentao: Aglutinadora: Proporciona ntima ligao entre agregados, resistindo ao mecnica de desagregao produzida pelas cargas dos veculos.
Impermeabilizadora: Garante ao revestimento vedao ecaz contra penetrao da gua proveniente da precipitao.
Flexibilidade: Permite ao revestimento sua acomodao sem ssuramento a eventuais recalques das camadas subjacentes do pavimento
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Todas as propriedades fsicas do asfalto esto associadas sua temperatura!
Qualquer ensaio realizado para medir propriedades tm temperatura especicada.
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Temperaturas muito baixas: as molculas no tm condies de se mover, umas em relao s outras, e a viscosidade ca elevada, ento o ligante se comporta quase como um slido.
medida que a temperatura aumenta: algumas molculas comeam a se mover podendo haver um uxo entre elas. O aumento do movimento faz baixar a viscosidade;
Temperaturas altas: o ligante se comporta como um lquido.
Essa transio reversvel.
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Semisslido a temperaturas baixas; Viscoelstico temperatura ambiente; Lquido a altas temperaturas.
ASFALTO
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Os CAPs so caracterizados por ensaios: Consistncia; Durabilidade; Pureza; Segurana.
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A penetrao a profundidade, em dcimos de milmetro,que uma agulha de massa padronizada (100g) penetra numa amostra de volume padronizado de cimento asfltico, por 5 segundos, temperatura de 25C.
A norma brasileira para este ensaio :
ABNT NBR 6576/98
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A consistncia do CAP tanto maior quanto menor for a penetrao da agulha.
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Esquema do ensaio de Penetrao:
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Penetrmetro
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A atual especicao de CAPs no Brasil, dada pela Agencia Nacional de Petroleo, Gas e Energia (ANP), baseia-se na penetrao dos CAPs. At 2005 as classicaes podiam ser por viscosidade ou penetrao. Esses intervalos de classes foram criados somente para resolver a questo comercial dos preos de cada uma delas.
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Penetrao a 25oC usada em todos pases para especicao de cimentos asflticos:
CAP 30-45 (penetraao = 30 a 45 decimos de mm) CAP 50-60 CAP 85-100 CAP 150-200
.
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Ensaio de Ponto de Amolecimento ou Anel e Bola:
O ponto de amolecimento uma medida emprica que correlaciona a temperatura na qual o asfalto amolece quando aquecido sob certas condies particulares e atinge uma determinada condio de escoamento.
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Uma bola de ao colocada no centro de uma amostra de asfalto que est connada dentro de um anel metlico. Todo o conjunto colocado dentro de um banho de gua. O banho aquecido a uma taxa controlada de 5C/minuto. Quando o asfalto amolece o suciente para no mais suportar o peso da bola, a bola e o asfalto deslocam-se em direo ao fundo. A temperatura marcada no instante em que a mistura amolecida toca a placa do fundo. Esse ensaio tambm chamado de anel e bola (ABNT NBR 6560/2000).
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Esquema ensaio Ponto de Amolecimento:
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A viscosidade uma medida de consistncia do CAP, por resistncia ao escoamento. a relao entre a tenso de cisalhamento aplicada e a velocidade de deformao do material. Aparelho: Viscosmetro Medida: poise (g/[cm.s]
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A m de classicar os asfaltos foi adotado leitura da viscosidade em 60oC e 135oC. 60oC: escolhida por acreditar-se que expressa a mxima temperatura da superfcie do concreto asfltico de pavimentos durante o vero nos Estados Unidos.
135oC: temperatura representativa de mistura e execuo usadas na construo de pavimentos.
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Classicao vlida at 2005: CAP 7 (viscosidade 7.000 a 1500 P) CAP 20 (viscosidade 2.000 a 3.500 P) CAP 40 (viscosidade 4.000 a 8.000 P)
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Existem diferentes ensaios para medir viscosidade de um asfalto.
No Brasil, o viscosmetro mais usado para os materiais asflticos o de Saybolt-Furol (ABNT NBR 14756/2001).
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Viscosmetro Saybolt-Furol: Saybolt-Furol: usado apenas n o B r a s i l ( a u s e n t e em especicaes americanas ou europeias). Aparelho robusto para uso em campo.
Mede-se o tempo para uir 60 ml de asfalto a 135oC. Valor em segundos: SSF.
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Viscosmetro Saybolt-Furol:
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Viscosmetro Saybolt-Furol: O aparelho consta de um tubo com formato e dimenses padronizadas, no fundo do qual ca um orifcio de dimetro 3,15 0,02mm. O tubo, cheio de material a ensaiar, colocado num recipiente com leo (banho) com o orifcio fechado. Quando o material estabiliza na temperatura exigida (25 a 170C dependendo do material e 135C para os CAPs), abre-se o orifcio e inicia-se a contagem do tempo. Desliga-se o cronmetro quando o lquido alcana, no frasco inferior, a marca de 60ml. O valor da viscosidade reportado em segundos Saybolt-Furol, abreviado como SSF, a uma dada temperatura de ensaio.
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Viscosmetro Brookeld: mais empregado nos EUA e Europa.
Viscosidade rotacional. Mede o uido a diferentes taxas de cisalhamento. Perimite prever propriedades de consistncia
relacionadas a bombeamento e estocagem.
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Viscosmetro Brookeld:
Permite obter grco de temperatura-viscosidade para projeto de mistura asfltica, por meio de medida do comportamento do uido a diferentes taxas de cisalhamento e a diferentes tenses de cisalhamento, obtidas por rotao de cilindros coaxiais que cam mergulhados na amostra em teste (ABNT NBR 15184; ASTM D 4402/02).
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Viscosmetro Brookeld:
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Viscosmetro Brookeld:
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Ductilidade: Capacidade do material se alongar na forma de um lamento. Serve para avaliar de forma indireta a coeso dos asfaltos.
Ensaio: ABNT NBR 6293/2001 Corpo de prova dog bone ou gravata borboleta, imerso em banho maria sofre alongamento at a ruptura. A ductilidade dada em cm obtida antes da ruptura.
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Esquema ensaio de Ductilidade:
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Molde:
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Ensaio:
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Efeito do Calor e do Ar Rolling Thin Film Oven Test
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Uma na pelcula de asfalto de 35g continuamente girada dentro de um recipiente de vidro a 163C por 85 minutos, com uma injeo de ar a cada 3 a 4 segundos
O endurecimento do asfalto durante o ensaio, que causa queda na penetrao e aumento no ponto de amolecimento, tem-se correlacionado bem com o endurecimento do ligante que ocorre durante a usinagem de uma mistura asfltica.
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Especicao Brasileira de Cimento
Asfltico de Petrleo (CAP) (ANP, 2005)
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Para a maioria das aplicaes rodovirias, os asfaltos convencionais tm bom comportamento, satisfazendo plenamente os requisitos necessrios para o desempenho adequado das misturas asflticas sob o trfego e sob as condies climticas;
Para condies de volume de veculos comerciais e peso por eixo crescente, ano a ano, em rodovias especiais ou nos aeroportos, em corredores de trfego pesado canalizado e para condies adversas de clima, com grandes diferenas trmicas entre inverno e vero, tem sido cada vez mais necessrio o uso de modicadores para melhorar as propriedades dos asfaltos.
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ASFALTO MODIFICADO (ASFALTO POLIMERO): So obtidos a partir da disperso do CAP com polmero, em unidade apropriada.
Asfalto Modicado por Polmeros: SBS; SBR; Asfalto-borracha.
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Polmeros - principais vantagens: Diminuio da suscetibilidade trmica Melhor caracterstica adesiva e coesiva Maior resistncia ao envelhecimento Elevao do ponto de amolecimento Alta elasticidade Maior resistncia deformao permanente Melhores caractersticas de fadiga
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Nem todos os polmeros so passveis de serem adicionados ao
CAP e nem todo CAP quando modicado por polmeros apresenta estabilidade estocagem.
A quantidade de polmero que deve ser adicionada ao ligante varivel e depende das propriedades nais desejadas.
Para que a modicao do ligante seja vivel tcnica e economicamente, necessrio que o polmero seja resistente degradao nas temperaturas usuais de utilizao do asfalto, misture-se adequadamente com o asfalto, melhore as caractersticas de uidez do asfalto a altas temperaturas, sem que o ligante que muito viscoso para a misturao e espalhamento, nem to rgido ou quebradio a baixas temperaturas.
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O asfalto modicado por polmero mais famoso o asfalto-borracha.
So dois os mtodos de incorporao da borracha triturada de pneus s misturas asflticas: o processo mido (wet process) e o processo seco (dry process).
No processo mido, o p de pneus representa em geral 15 a 20% da massa de ligante ou menos que 1,5% da massa total da mistura.
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Emulso Asfltica
Produzidas em moinho coloidal; Uso a temperatura ambiente; Adio de emulsionante Tipos de ruptura: lenta, mdia ou rpida RR1C; RM 1C, RL1C Proporo gua-asfalto: 40% - 60% (RL1C). Suscetvel aos efeitos climticos.
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Imprimao com EA.
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Produo de EA
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Asfalto Diludo (ADP):
Adio de diluente voltil, obtido do petrleo; Uso a temperatura ambiente; Ruptura: cura mdia e rpida; Solventes: gasolina, nafta ou querosene; Uso: problemas de segurana e questes ambientais (emiso de hidrocarbonetos orgnicos volteis);
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Esquema de produo de AD:
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Asfalto Espuma Tecnica de espumao do aslfato; Aumento de volume de CAP aquecido com injeo de gua;
Facilita o recobrimento dos agregados; Uso em manuteno e reciclagem de pavimentos; Agregado no aquecido, at mido;
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CIMENTOS ASFLTICOS
ASFALTOS DILUDOS
EMULSES ASFLTICAS
ASFALTOS MODIFICADOS
CAP + solvente
CAP
Cura Rpida CR Cura mdia CM
CAP + gua + emulsificante
Ruptura Rpida RR Ruptura Mdia RM Ruptura Lenta RL
CAP + polmero
SBS estireno butadieno SBR borracha de butadieno estireno EVA etileno acetato de vinila EPDM etileno propileno diesso APP polipropileno attico Borracha vulcanizada Resina epoxi, etc
LIGANTES ASFLTICOS
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Strategic Highway Research Program (SHRP) estabelecido pelo congresso americano em 87 para 5 anos de estudos, verba de U$ 150 milhes para melhora do desempenho, durabilidade e segurana dos pavimentos.
Proposio de novos mtodos de avaliao dos ligantes asflticos para pavimentao.
Especicaes conhecidas como Superpave (Superior Perfoming Asphalt Pavements).
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Os ligantes hidrulicos so partculas namente pulverizadas que misturadas com gua produzem reaes exotrmicas e hidratao resultando produtos com estrutura complexa e resistente com elevada superfcie especca. Ex.:
Cimentos; Cal
No caso dos pavimentos rgidos, utiliza-se cimento portland para confeco das placas em concreto.
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CIMENTO PORTLAND:
Produzido com clinquer modo com gesso (sulfato de clcio hidratado).
As caractersticas dos concretos para pavimentao
dependem das camadas a serem executadas.
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Os cuidados que governam as misturas de agregados com cimento para confeco de concreto de cimento portland para pavimentao so os similares para as diversas aplicaes em engenharia:
Dosagem; Trabalhabilidade da mistura; Adensamento; Cura
Placas de concreto no pavimento rgido: a Resistncia do concreto o fator mais importante no projeto (principalmente a resistncia trao).
A resistncia traco de um pavimento rodovirio executado com misturas com cimento avaliada e controlada por ensaios de trao por compresso diametral, ensaios de trao por exo, ensaios de trao uniaxial.
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A medida da resistncia trao na exo do concreto feita pela determinao do mdulo de ruptura (MOR) de corpos prismticos.