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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL

EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS EM DIFERENTES

TEMPERATURAS DE 12 LIGANTES ASFÁLTICOS COMERCIALIZADOS NO BRASIL

TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

Évelyn Paniz

Santa Maria, RS, Brasil

Julho, 2015

EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS EM DIFERENTES TEMPERATURAS DE 12

LIGANTES ASFÁLTICOS COMERCIALIZADOS NO BRASIL

Évelyn Paniz

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como

requisito parcial para obtenção de grau de Engenheiro Civil

Orientador: Prof. Dr. Luciano Pivoto Specht

Santa Maria, RS, Brasil

Julho, 2015

Universidade Federal de Santa Maria

Centro de Tecnologia

Curso de Engenharia Civil

A Comissão Examinadora, abaixo assinada,

aprova o Trabalho de Conclusão de Curso

EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS EM DIFERENTES TEMPERATURAS DE 12 LIGANTES ASFÁLTICOS

COMERCIALIZADOS NO BRASIL

elaborado por

Evelyn Paniz

como requisito parcial de obtenção do grau de

Engenheiro Civil

COMISSÃO EXAMINADORA:

________________________________

Luciano Pivoto Specht, Dr.

(Presidente/Orientador)

________________________________

Tatiana Cureau Cervo, Dr. (UFSM)

________________________________

Magnos Baroni, Msc. (UFSM)

Santa Maria, 10 de julho de 2015.

“Existe uma única estrada e somente uma,

e essa é a estrada que eu amo.

Eu a escolhi.

Quando trilho nessa estrada as

esperanças brotam, e, o sorriso se abre em meu rosto.

Dessa estrada nunca, jamais fugirei.”

(Daisaku Ikeda)

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente aos meus pais e irmão, Neri, Elyta e Irvyn pelo

incentivo, amor, paciência e respeito durante toda minha trajetória.

Ao meu noivo, Tainã Possebon, pelo companheirismo e dedicação

incondicional.

À Universidade Federal de Santa Maria, sеυ corpo docente, direção е

administração, qυе oportunizaram o curso de graduação em Engenharia Civil para

qυе hoje eu possa vislumbrar υm horizonte superior embasados na confiança, nо

mérito е ética aqui presentes.

Ao Prof. Dr. Luciano Specht, pela orientação, confiança e empenho dedicados

à elaboração deste Trabalho de Conclusão de Curso.

Ao Grupo de Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária

(GEPPASV) e ao seu corpo docente, que oportunizaram e incentivaram a pesquisa

na área de pavimentação oferecendo infraestrutura e materiais necessários para

elaboração dos ensaios, assim como fornecimento de amostras através de contatos

com empresas do setor.

Ao Programa de Educação Tutorial da CAPES, o qual fui bolsista, onde tive

ótimas experiências durante a graduação.

Ao Dr. Luis Ferraz e laboratório LACHEM pela oportunidade de trabalhar com

o DEC е apoio ao realizar os ensaios deste trabalho.

A todos qυе direta оυ indiretamente fizeram parte dа minha formação, о mеυ

muito obrigada.

RESUMO

Trabalho de Conclusão de Curso

Curso de Engenharia Civil


EXTRAÇÃO DE HIDROCARBONETOS POLICÍCLICOS AROMÁTICOS EM

DIFERENTES TEMPERATURAS DE 12 LIGANTES ASFÁLTICOS

COMERCIALIZADOS NO BRASIL

AUTORA: EVELYN PANIZ

ORIENTADOR: PROF. DR. LUCIANO PIVOTO SPECHT

Data e Local da Defesa: Santa Maria, 10 de julho de 2015.

Nos últimos anos tem havido uma grande preocupação com a saúde humana

e melhoria de condições dos trabalhadores. Dentro deste contexto, se mostra

necessário o estudo do impacto causado pelas obras de infraestrutura viária na

qualidade de vida das pessoas. Este trabalho visa estudar as emissões de

Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA) de diferentes ligantes comercializados

no Brasil (convencionais e modificados por: polímero ou borracha ou asfalto natural).

Os ligantes asfálticos foram submetidos a ensaios convencionais (especificações

brasileiras) e reológicos (classificação SUPERPAVE) pelo Grupo de Estudos e

Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária (GEPPASV) da Universidade

Federal de Santa Maria (UFSM). O método de aplicação mais usual é a mistura

quente. Com o aquecimento, o asfalto libera espécies voláteis e partículas sólidas

carreadas por gases cuja mistura é denominada fumos de asfalto. Nesse fumo estão

presentes substâncias orgânicas (entre elas os HPA), das quais algumas podem ser

carcinogênicas. Logo, o fumo emitido no aquecimento dos ligantes é prejudicial à

saúde e deve ser considerado, tanto do ponto de vista da sustentabilidade ambiental

quanto da saúde dos trabalhadores. O estudo dos HPA foi feito conjuntamente com

outros estudos sobre ligantes asfálticos onde são relacionadas as temperaturas de

ensaio do CAP com as emissões de alguns HPA, os quais serão medidos através de

um aparato experimental que gera e coleta o fumo do ligante asfáltico. Este

equipamento, denominado Dispositivo de Extração e Coleta (DEC), foi desenvolvido

por FERRAZ em sua tese de doutoramento no LACHEM da UFSM. Os fumos

coletados são analisados por LC-MS/MS (liquid chromatography mass spectrometry)

para quantificação dos HPA emitidos. A partir da pesquisa será possível verificar se

ligantes com diferentes comportamentos para pavimentação tem, sob a ótica da

sustentabilidade, diferentes impactos ambientais e à saúde humana.

Palavras-chave: HPA. Temperaturas. Emissões asfálticas. Saúde humana.

Ligantes asfálticos. Fumos. Carcinogenicidade.

ABSTRACT

Course Conclusion Paper

Civil Engineering


PHA'S EXTRACTION IN DIFFERENT TEMPERATURES IN 12 ASPHALT

BINDERS COMMERCIALIZED IN BRAZIL

AUTHOR: EVELYN PANIZ

PROFESSOR: DR. LUCIANO PIVOTO SPECHT

Defense Place and Date: Santa Maria, July 10th, 2015.

In the last few years, there has been a great preoccupation with human health

and improvement in workers’ conditions. Within this context, it is necessary to study

the impact caused by the highway construction in people’s life quality. This paper aims

to study PAH’s (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) emission from different binders

commercialized in Brazil (conventional, modified by polymer or rubber and natural

asphalt). The asphaltic binders were submitted to conventional tests (brazilian

specifications) and rheological (SUPERPAVE classification) by the group GEPPASV

(Grupo de Estudos e Pesquisas em Pavimentação e Segurança Viária) of

Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). The most usual application method is

hot mixture. When heated, the asphalt releases volatile species and solid particles

carried by gases which mixture is called asphalt fume. In this fume there are organic

substances (PAH`s), and some of which may be carcinogenic. Therefore, the fume

emitted in the binders heating is harmful to health and should be considered, both from

the environmental sustainability and the worker`s health point of view. PAH`s studies

were done alongside with other studies about asphaltic binders where the properties

of petrol asphaltic cement (PAC) and the emission of some PAH`s were correlated,

which will be measured through an experimental apparatus that generates and collects

the ligand`s asphalt fume. This apparatus is nominated DEC (extraction and collection

device). The fumes are collected and analyzed by LC-MS/MS (liquid chromatography

mass spectrometry) to quantify the amount of emitted PAH`s. From the research, it will

be possible to verify if ligands with different behaviors at paving have, from the

perspective of sustainability, different impacts to the environment and human health.

Keywords: PHA’s. Asphalt emissions. Temperatures. Human health. Asphalt

binders. Fumes. Carcinogenic.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Fluxograma de origem dos CAPs. Fonte: Adaptação do material de aula

do Professor Luciano Specht, 2014. ......................................................................... 15

Figura 2 – Desenho esquemático do efeito do tempo e da temperatura no

comportamento do ligante asfáltico. Fonte: AASHTO SP-1 1997. ............................ 18

Figura 3 - Fotografia do equipamento Brookfield e thermosel. .................................. 28

Figura 4 - Fotografia dos moldes com ligantes dentro do ductilômetro. Fonte:

GEPPASV ................................................................................................................. 29

Figura 5 - Fotografia do ensaio de ponto de fulgor. ................................................... 30

Figura 6 - Fotografia dos picnômetros Cônico e Cilíndrico, utilizados para pesagens

no ensaio de densidade. ........................................................................................... 31

Figura 7 – Gráfico comparativo entre mistura quente e mistura morna quanto à

emissão de HPA. Fonte: Boletim técnico SINICESP, 2013. ...................................... 36

Figura 8 - Representação esquemática geral do gerador de fumos utilizado por Binet

et al, 2002. Fonte: Binet et al, 2002. .......................................................................... 38

Figura 9 - Representação esquemática em detalhe do gerador de fumos utilizado por

Binet et al, 2002. Fonte: Binet et al, 2002.................................................................. 39

Figura 10 - Representação esquemática da coleta de fumos em tanque de asfalto

(A) e sistema de regeneração de condensado de fumos (B), sem escala. Fonte:

Adaptado de POHLMANN et al, 2006. ...................................................................... 40

Figura 11 - Desenho esquemático de funcionamento e peças do DEC. Fonte:

FERRAZ, 2015. ......................................................................................................... 42

Figura 12 - Fotografia de trabalhadores expostos aos fumos do asfalto. .................. 43

Figura 13 - Fotografia de operários expostos às emissões asfálticas durante a

compactação. ............................................................................................................ 44

Figura 14 - Fotografia de operador de vibroacabadora exposto às emissões

asfálticas antes da compactação. ............................................................................. 44

Figura 15 – Imagem de Câmera Termográfica mostrando operário exposto à mistura

contendo CAP aquecido à 143,9ºC. Fonte: GEPPASV. ............................................ 45

Figura 16 - Fotografia real da figura 15 onde o operário está exposto à mistura

contendo CAP. Fonte: GEPPASV. ............................................................................ 45

Figura 17 - Imagem de câmera termográfica onde está retratada a aplicação da

mistura asfáltica à 114,3ºC. É possível observar operários expostos à mistura

quente. Fonte: GEPPASV. ........................................................................................ 46

Figura 18 - Fotografia retirada no mesmo momento da imagem da figura 17, onde

está retratada a aplicação da mistura asfáltica. É possível observar operários

expostos à mistura quente. Fonte: GEPPASV. ......................................................... 46

Figura 19 – Fotografia do DEC em funcionamento. .................................................. 55

Figura 20 - Fluxograma de processo de ensaio de amostra de CAP. ....................... 56

Figura 21 - Fotografia da amostra de ligante asfáltico dentro do aparato antes de ser

fechado e ligado. ....................................................................................................... 57

Figura 22 – Fotografia do sistema de traps de vidro ainda desconectados do

dispositivo imersos em etilenoglicol. ......................................................................... 57

Figura 23 - Gráfico comparativo de emissões de Fluoreno (mg/kg) por CAP e

temperatura. .............................................................................................................. 62

Figura 24 - Gráfico comparativo de emissões de Acenaftileno (mg/kg) por CAP e

temperatura. .............................................................................................................. 63

Figura 25 - Gráfico comparativo de emissões de Acenafteno (mg/kg) por CAP e

temperatura. .............................................................................................................. 64

Figura 26 - Gráfico comparativo de emissões de Naftaleno (mg/kg) por CAP e

temperatura. .............................................................................................................. 65

Figura 27 - Gráfico comparativo de emissões de Naftaleno (mg/kg) por CAP e

temperatura. Desconsiderando o resultado do Hard CAP......................................... 65

Figura 28 - Gráfico comparativo de emissões de Antraceno por CAP e temperatura.

.................................................................................................................................. 66

Figura 29 - Gráfico comparativo de emissões de Fluoranteno (mg/kg) por CAP e

temperatura. .............................................................................................................. 67

Figura 30 - Somatório de emissões de HPA por CAP nas temperaturas de usinagem.

.................................................................................................................................. 69

Figura 31 - Somatório de emissões de HPA por CAP nas temperaturas de

compactação. ............................................................................................................ 69

Figura 32 - Gráfico comparativo entre somatório de emissões ponderadas em

temperaturas de usinagem (laranja) e compactação (azul)....................................... 70

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Especificações do DNIT para cada tipo de CAP. .................................... 23

Tabela 2 - Especificação brasileira de CAPs convencionais. Fonte: Norma DNIT

095/2006 - EM. .......................................................................................................... 24

Tabela 3 - Especificação brasileira para CAPs modificados por polímeros

elastôméricos. Fonte: Norma DNIT 129/2011- EM. ................................................... 25

Tabela 4 - Especificação brasileira para CAPs modificados por borracha. Fonte:

Norma DNIT 111/2009 – EM. .................................................................................... 26

Tabela 5 - Especificação brasileira para CAPs modificados por asfalto natural do tipo

TLA. Fonte: Norma DNIT 168/2013-EM. ................................................................... 27

Tabela 6 - Estrutura dos HPA analisados pelo DEC. Fonte: FERRAZ, 2015. ........... 41

Tabela 7 - Resultados dos ensaios de Viscosidade, Retorno elástico, amolecimento,

penetração, ponto de fulgor/combustão e densidade para os ligantes asfálticos em

estudo........................................................................................................................ 51

Tabela 8 - Resultados das amostras de ligantes em estudo obtidos através dos

ensaios da metodologia SUPERPAVE pelo grupo GEPPASV em laboratório do RJ.

.................................................................................................................................. 52

Tabela 9 - Temperaturas de usinagem (mistura) e compactação dos CAPs

informadas pelos fornecedores e temperaturas utilizadas no DEC durante os

ensaios. ..................................................................................................................... 53

Tabela 10 - Massa de CAP por amostra. .................................................................. 56

Tabela 11 - Resultados de emissões de cada espécie HPA (em mg/kg) dos

principais CAPs comercializados no Brasil nas temperaturas de usinagem e

compactação. ............................................................................................................ 60

Tabela 12 - Resultados de emissões de cada espécie HPA (em mg/kg) dos

principais CAPs comercializados no Brasil por temperatura. .................................... 61

Tabela 13 – Demonstração em porcentagem do decréscimo de emissões de HPA da

temperatura de usinagem para temperatura de compactação nos CAPs estudados.

Os valores apresentados na tabela são provenientes do ranking supracitado.......... 71

LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS

ANP: Agência Nacional do Petróleo

ASTM: American Society for Testing and Materials

BBR: Bending Beam Rheometer

CAP: Cimento asfáltico de petróleo

CNT: Confederação Nacional dos Transportes

DEC: Dispositivo de Extração e Coleta

DNIT: Departamento Nacional de Infraestrutura de Transporte

DSR: Dinamic Shear Rheometer

DTT: Direct Tension Tester

EPA: Environmental Protection Agency

ESALs: Equivalent Single Axle Loads

g.mol-1: Grama por mol

HMA: Hot Mix Asphalt

HPA: Hidrocarbonetos Policíclios Aromáticos

IARC: International Agency for Research on Cancer

LA: Ligante asfáltico

LC-MS/MS: Liquid Chromatography Mass Spectrometry – Cromatógrafia líquida

acoplada à espectrometria de massa.

NIOSH: National Institute for Occupational Safety and Health

ºC: Graus Celsius

PAV: Pressure Aging Vessel

PG: Performance Grade

RTFOT: Rolling Thin Oven Test

SGC: Superpave Giratory Compactor

SHRP: Strategic Highway Research Program

SUPERPAVE: Superior Performance Asphalt Pavements

WHO: World Health Organization

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 11

1.1. Objetivos ..................................................................................................... 12

1.1.1. Objetivo geral ......................................................................................... 12

1.1.2. Objetivos específicos ............................................................................. 13

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 14

2.1. Ligantes asfálticos ..................................................................................... 14

2.1.1. Composição química dos ligantes asfálticos ......................................... 16

2.1.2. Propriedades físicas dos ligantes asfálticos .......................................... 16

2.1.3. Comportamento dos ligantes asfálticos ................................................. 17

2.1.4. Classificação dos ligantes asfálticos ...................................................... 19

2.1.5. Especificação dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP).................... 22

2.1.6. Fumos oriundos dos cimentos asfálticos de petróleo ............................ 33

2.2. Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) ..................................... 34

2.2.1. Toxicologia dos Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos ...................... 36

2.2.2. Extração de Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos ............................ 37

2.3. Saúde ocupacional ..................................................................................... 43

2.3.1. Avaliação de riscos ................................................................................ 48

3 MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 49

3.1. Planejamento da pesquisa ........................................................................ 49

3.2. Materiais ...................................................................................................... 49

3.2.1. Classificação brasileira .......................................................................... 51

3.2.2. Classificação SUPERPAVE ................................................................... 52

3.2.3. Temperaturas de usinagem e compactação .......................................... 52

3.3. Método de extração e coleta de HPA utilizando o DEC .......................... 54

4 RESULTADOS OBTIDOS .................................................................................. 59

4.1. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA) .................................... 59

4.2. Discussão dos resultados ......................................................................... 62

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................... 72

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 74

11

1 INTRODUÇÃO

As rodovias são de extrema importância para a integração das regiões de um

país com proporções continentais como o Brasil. A ligação das rodovias com os

demais modais de transportes se dá de forma direta. Através das rodovias é possível

conectar pessoas e serviços de uma forma dinâmica promovida pela acessibilidade

que as mesmas oferecem aos demais meios de transporte como ferroviário, aeroviário

e hidroviário.

No Brasil, a malha de transportes é predominantemente rodoviária. A principal

via de circulação de bens e pessoas ocorre por ela, por isso deve ser ampliada e

preservada para atender a demanda da crescente população brasileira.

De 2002 a 2012, o investimento federal em infraestrutura de transporte no Brasil

cresceu 354%, passando de R$ 2,8 bilhões para R$ 12,7 bilhões, segundo pesquisa

da Confederação Nacional de Transportes (CNT, 2013). No entanto, conforme dados

divulgados pelo Fórum Econômico Mundial, a qualidade da infraestrutura do

transporte piorou, a posição do Brasil em relação a outros países caiu de 110º, em

2008, para 120º, em 2013. Logo a necessidade de estudos e desenvolvimentos de

novas metodologias e especificações para a execução de rodovias de melhor

qualidade e que possuam segurança para os trabalhadores durante a execução da

obra se tornam de grande importância. Uma vez que os investimentos em

infraestrutura viária têm aumentando e as legislações trabalhistas têm ficado cada vez

mais rigorosas quanto à segurança e saúde no trabalho.

A aplicação de materiais que não sejam nocivos à saúde humana é de suma

importância. Atualmente sabe-se que existem inúmeras substâncias prejudiciais à

saúde, entre elas estão os HPA (Hidrocarbonetos Policíclicos aromáticos). Os HPA

são compostos por mais de 100 substâncias químicas voláteis, das quais algumas

podem apresentar riscos de desenvolver doenças como câncer.

Segundo Bird (1999), geralmente os hidrocarbonetos que têm propriedades

benzênicas são chamados de aromáticos, e ao possuírem dois ou mais anéis de

12

benzeno fundidos passam então a ser chamados de hidrocarbonetos policíclicos

aromáticos (HPA).

Quando os produtos provenientes do asfalto são submetidos a altas

temperaturas, emitem alguns elementos (fumo) entre eles esses HPA, os quais são

suspeitos de serem mutagênicos e/ou carcinogênicos (NIOH, 2000; RAVINDRA et al.,

2008; YASSAA et al.,2001; FERNANDES et al., 2009).

Durante a fase de execução dos concretos asfálticos aplicados a quente em

rodovias é comum a utilização de altas temperaturas para promover a mistura e

também aplicação. Além do alto consumo energético e do desconforto de trabalhar

com material quente, há a importante questão da saúde no trabalho.

Dentro deste contexto se mostra importante o estudo das emissões asfálticas

bem como a liberação de partículas que tenham potencial carcinogênico. No presente

trabalho será abordada uma técnica de extração de fumos de CAPs usualmente

empregados em obras brasileiras. Nas emissões encontradas nos CAPs estudados é

esperado que ocorra liberação de HPA. Os mesmo serão analisados e quantificados.

1.1. Objetivos

1.1.1. Objetivo geral

O objetivo deste trabalho é a extração e análise, em diferentes temperaturas,

dos Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA) presentes nos principais ligantes

asfálticos comercializados no Brasil utilizando o Dispositivo de Extração e Coleta

(DEC).

13

1.1.2. Objetivos específicos

Estão listados abaixo os principais objetivos específicos:

Utilizar o DEC para promover a liberação e captação de fumos asfálticos para

posterior especiação e quantificação dos HPA.

Verificar se existe diferença significativa entre as emissões de cada tipo de HPA

para cada um dos ligantes em temperaturas diferentes e avaliar a importância

da variação de temperaturas.

14

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A presente revisão bibliográfica está disposta em três partes: a primeira se

refere ao material de estudo, ligantes asfálticos. A segunda parte da revisão é sobre

HPA (definições, características, métodos de coleta). Finalmente, a terceira parte da

revisão é sobre saúde ocupacional.

2.1. Ligantes asfálticos

O asfalto é um resíduo derivado do refino do petróleo e contém uma mistura de

hidrocarbonetos alifáticos, parafínicos, aromáticos, compostos contendo carbono,

hidrogênio, oxigênio e nitrogênio, dentre eles, Hidrocarbonetos Policíclicos

Aromáticos (GUIMARÃES, 2003). O asfalto também é chamado de piche e betume, e

sua produção no Brasil se iniciou em 1956, na Refinaria Presidente Bernardes, em

Cubatão (SP).

Segundo Roberts, 1991, os asfaltos podem ser encontrados em estado sólido,

pastoso e líquido quando diluídos e aquecidos. Há duas classificações básicas para

os asfaltos: de pavimentação, objeto deste estudo e industrial, onde se encaixam os

asfaltos oxidados os quais são utilizados para impermeabilizações, por exemplo. O

asfalto em estado pastoso ou líquido, usado em pavimentação, é obtido com a diluição

em querosene e nafta, e tem de ser aquecido em tanques, antes de sua aplicação.

Sobre a classificação de materiais betuminosos, é conveniente citar que

existem basicamente dois tipos de materiais betuminosos: Alcatrão e asfalto. Onde o

alcatrão é proveniente da destilação dos carvões e o asfalto da destilação do petróleo.

15

A Figura 1 demonstra um fluxograma com a classificação básica dos materiais

betuminosos, onde é sinalizada em negrito a origem dos Cimentos Asfálticos de

Petróleo (CAP) que são os principais objetos de estudo deste trabalho.

Figura 1 - Fluxograma de origem dos CAPs. Fonte: Adaptação do material de aula do Professor Luciano Specht, 2014.

O produto obtido no fundo da torre de destilação de vácuo é denominado de

Resíduo Asfáltico e quando está de acordo com as especificações das normas

brasileiras passa a ter o nome de CAP. O elemento aglutinante que constitui o asfalto

é o betume. O CAP é classificado quanto à consistência, que é dada pelos ensaios de

penetração (Penetrômetro – CAP 30/45, 50/60, 85/100) e viscosidade absoluta

(Viscosímetro Saybolt Furol – CAP – 40, 20, 7). O CAP é um material ideal para

aplicação em trabalhos de pavimentação pelas suas propriedades aglutinantes,

impermeabilizantes, flexibilidade e resistência a ácidos. É utilizado em misturas a

quente (CBUQ – Concreto Betuminoso Usinado a Quente, PMQ – Pré-misturado a

quente, Areia Betume – CAP20 ou 40); Tratamentos superficiais por penetração

Ligantes betuminosos

NaturalRochas asfálticas: Xistos, arenitos, lagos asfálticos

Petróleo

Sólidos – Oxidados, soprados

Semi-sólidosCimento Asfáltico

CAP – 30/46CAP – 50/60

CAP – 86/100CAP – 160/200

Líquidos

Asfalto diluídoCura rápida – CRCura média – CM

Cura lenta - CL

Emulsão Asfáltica

Catiônica ou aniônica:Ruptura rápida – RRRuptura média – RM

Ruptura lenta - RL

AlcatrãoLíquidos – AP-1 a AP-6

Semi-sólidos– AP-7 a AP12

16

invertida (CAP 7); Macadame betuminoso (CAP 7). A temperatura ideal de mistura é

obtida em função da relação temperatura viscosidade. (Bernucci, 2007)

2.1.1. Composição química dos ligantes asfálticos

A forma com que os átomos compõem o ligante asfáltico é extremamente

complexa e a proporção das moléculas formadas por esses átomos e a maneira como

eles interagem entre si afetam o comportamento do material (Roberts, 1991). Por se

tratar de uma matriz complexa, os ligantes asfálticos são de difícil caracterização pois

essas características também dependem de onde o Cimento asfáltico de petróleo

(CAP) foi extraído. Geralmente são compostos de 90 a 95% de hidrocarbonetos e de

5 a 10% de heteroátomos como oxigênio, enxofre, nitrogênio e metais como níquel,

ferro e vanádio (Read; Whiteoak 2003).

Segundo AASHTO SP-1 (1997), as ligações químicas entre as moléculas

explicam a natureza viscoelástica dos ligantes, uma vez que elas são relativamente

fracas e se quebram facilmente em função da temperatura e de esforços cisalhantes.

2.1.2. Propriedades físicas dos ligantes asfálticos

As propriedades físicas sob o ponto de vista de características do material são

comumente associadas à sua temperatura. Além de ser um material que tem suas

propriedades alteradas de acordo com a temperatura, os ligantes asfálticos são

viscosos, a combinação destas propriedades o torna um material termoviscoelástico.

17

O modelo estrutural do ligante como uma dispersão de moléculas polares em meio

não polar, ajuda a entender o efeito da temperatura nos ligantes asfálticos. Em

temperaturas muito baixas, as moléculas não têm condições de se mover umas em

relação às outras e a viscosidade fica muita elevada; nessa situação o ligante se

comporta como um sólido. À medida que a temperatura aumenta, algumas moléculas

começam a se mover podendo mesmo haver um fluxo entre elas. O aumento do

movimento faz baixar a viscosidade e, em temperaturas altas, o ligante se comporta

como um líquido. Esta transição é reversível. (Roberts, 1991)

Sob o ponto de vista de tecnologia de pavimentação, Segundo Balbo (2007),

as propriedades físicas mais importantes do CAP são: durabilidade, adesividade,

suscebilidade térmica e endurecimento.

2.1.3. Comportamento dos ligantes asfálticos

Em função da natureza viscoelástica o comportamento do CAP depende tanto

da temperatura quanto da taxa de aplicação de carregamentos. Neste estudo, o

comportamento dos ligantes asfálticos se torna importante para percepção de

temperaturas de usinagem e compactação adequadas de forma a compreender os

ensaios convencionais que serão brevemente demonstrados nos próximos itens.

O comportamento dos ligantes asfálticos foi descrito no material AASHTO SP-

1 (1997), o qual será alvo desta revisão. Os efeitos do tempo e da temperatura estão

relacionados com suas propriedades. Por exemplo, o comportamento que o ligante

apresenta quando mantido a altas temperaturas por um curto período de tempo é

semelhante ao que apresenta quando mantido por longos períodos a temperaturas

amenas. A Figura 2 ilustra um exemplo de comportamento de ligantes asfálticos, onde

quando aquecido a 60ºC durante uma hora o ligante tem o mesmo comportamento

que quando aquecido a 25º durante dez horas.

18

Figura 2 – Desenho esquemático do efeito do tempo e da temperatura no comportamento do ligante asfáltico. Fonte: AASHTO SP-1 1997.

Quando solicitado por carregamentos estacionários (veículos trafegando a

baixas velocidades ou cargas estacionadas), em altas temperaturas, o CAP se

assemelha a um líquido viscoso. Muitas vezes os líquidos viscosos são chamados de

plásticos devido a parcela de deformação que o material não consegue recuperar

após o carregamento ser retirado. A estrutura do CAP (agregados pétreos) é

responsável por resistir às solicitações na mistura asfáltica.

Os ligantes asfálticos, quando submetidos a temperaturas intermediárias,

apresentam comportamento tanto viscoso quanto elástico. Quando submetido a

temperaturas baixas o CAP apresenta comportamento elástico e pode se tornar frágil

quando excessivamente carregado podendo ocasionar rompimento. A maioria das

temperaturas enfrentadas por pavimentos são extremas (máximos ou mínimos). As

temperaturas intermediárias assim como as temperaturas baixas, não são relevantes

para o estudo de emissões asfálticas, pois as temperaturas de usinagem e

19

compactação são altas em função da viscosidade ser desejável para mistura e

aplicação mais fácil do CAP.

2.1.4. Classificação dos ligantes asfálticos

A classificação dos ligantes asfálticos se dá conforme o fluxograma

apresentado no item 2.1, será explicado a seguir os principais grupos de ligantes

betuminosos.

a) Alcatrão

É um líquido escuro viscoso que contém hidrocarbonetos que é resultante da

destilação destrutiva do carvão, madeira e açúcar, constituindo um subproduto da

fabricação de gás e coque metalúrgico.

b) Asfaltos naturais

São asfaltos provenientes de lagos formados a partir de depósitos de petróleo

que migraram para a superfície. Após ficarem expostos ao tempo, perderam parte de

seus constituintes e formaram-se naturalmente depósitos de ligantes asfálticos.

c) Asfaltos derivados de petróleo

Serão citados os principais tipos de asfaltos derivados de petróleo e suas

características.

- Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP):

Os cimentos asfálticos de petróleo são um dos materiais obtidos a partir do

refinamento do petróleo cru. O CAP é um material aglutinante que possui boa

aderência aos agregados, além de apresentar propriedades impermeabilizantes.

Segundo Balbo (2007), é um material termoplástico que apresenta um comportamento

reológico complexo e dependência em relação à temperatura, é um produto

20

semissólido a temperaturas baixas, visco elástico à temperatura ambiente e líquido a

altas temperaturas.

- Asfaltos diluídos (ADP):

Asfaltos diluídos são produzidos pela adição de um diluente volátil que varia

conforme o tempo e, com a perda desse componente adicionado, resta apenas o

asfalto residual após a aplicação do material (Bernucci, 2008). A função do diluente é

diminuir a viscosidade do ligante para que o material possa ser aplicado à temperatura

ambiente.

A velocidade de evaporação da parte volátil depende da natureza do diluente

empregado e é denominada cura. Se o solvente é gasolina ou nafta, a cura será rápida

(CR); já se o solvente é a querosene, a cura será média (CM).

Esse material é utilizado para serviços de imprimação, pinturas de ligação e

pode ser utilizado para executar tratamentos superficiais pelo método de penetração

invertida.

- Emulsões asfálticas (EAP):

Emulsões são dispersões estáveis de dois ou mais líquidos imiscíveis, no

entanto quando são mantidos em suspensão por agitação ou, mais frequentemente,

por pequenas quantidades de substâncias conhecidas como emulsificantes, formam

uma mistura estável. No caso da emulsão asfáltica, os líquidos imiscíveis são asfalto

e água.

Os emulsionantes ou emulsificantes são substâncias que reduzem a tensão

superficial, o que permite que as moléculas de asfalto fiquem em suspensão na água

por algum tempo, evitando com que as partículas de ligante se aproximem e a

emulsão dure por mais tempo.

As emulsões são utilizadas para a execução de pinturas de ligação, em

tratamentos superficiais simples, duplos ou triplos (ruptura rápida), pré-misturados a

frio abertos e semidensos (ruptura média) ou densos (ruptura lenta).

21

- Asfaltos modificados por polímero (AMP)

São ligantes aos quais são acrescentados polímeros ou borracha visando

melhorar o seu desempenho. Condições como o aumento do volume de tráfego, peso

do eixo crescente a cada ano, rodovias especiais como aeroportos, corredores de

tráfego pesado e variações bruscas de temperatura, geram maiores solicitações ao

pavimento, necessitando, portanto, de materiais que apresentem um comportamento

diferenciado em relação ao CAP.

Segundo Bernucci (2008), é importante que o polímero seja resistente à

degradação nas temperaturas de campo, misture-se homogeneamente com o asfalto,

melhore as características de fluidez do asfalto a altas temperaturas, sem que o ligante

fique muito viscoso para a mistura e espalhamento, nem tão rígido ou quebradiço a

baixas temperaturas para que a modificação do ligante seja viável técnica e

economicamente.

- Asfaltos modificados por borracha (AMB):

Asfaltos em que são incorporadas características de polímeros através da

adição de borracha. Por utilizar a borracha de pneus inservíveis, os impactos

ambientais gerados pelos resíduos de borracha são reduzidos.

De acordo com Specht (2004), diversas propriedades apresentam melhor

desempenho a partir da adição dos polímeros; nas altas temperaturas, por exemplo,

há a redução da suscetibilidade térmica e aumento da ductilidade, já nas baixas

temperaturas, há um menor risco de fratura. Além disso, as misturas apresentam

maior resistência ao intemperismo e uma melhor adesão ligante/agregado.

- Agentes rejuvenescedores (AR e ARE):

Agentes rejuvenescedores são utilizados para executar técnicas de

recuperação da flexibilidade do ligante asfáltico, uma vez que este sofre oxidação ao

longo do tempo resultando no enrijecimento do material.

22

2.1.5. Especificação dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP)

Os ensaios realizados para medir as propriedades físicas dos CAPs têm

temperatura especificada e alguns também definem o tempo e a velocidade de

carregamento. Para se caracterizar um determinado asfalto como adequado para

pavimentação, a maioria dos países utiliza medidas simples de propriedades físicas

do ligante, pela facilidade de execução nos laboratórios de obras. As duas principais

propriedades utilizadas são: a “dureza”, medida através da penetração de uma agulha

padrão na amostra de ligante, a resistência ao fluxo, medida através dos ensaios de

viscosidade.

A seguir, serão apresentadas suscintamente as classificações brasileira e

Superior Performance Asphalt Pavements (SUPERPAVE) as quais foram utilizadas

para caracterizar os materiais de estudo em laboratório antes de fazer as extrações

de HPA. É muito importante que o material seja conhecido e devidamente

especificado para fazer análises de emissões asfálticas.

a) Especificação brasileira para cimentos asfálticos de petróleo convencionais

A especificação brasileira é de acordo com o sistema de classificação das

normas do Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). No Brasil,

os ligantes convencionais são classificados em: CAP 30/45, CAP 50/70, CAP 85/100

e CAP 150/200. Eles recebem essa nomenclatura de acordo com os resultados do

ensaio de penetração, descrito na norma DNIT 155/2010-ME e apresentado neste

trabalho.

Para obter um espectro mais completo das características dos CAPs que serão

utilizados neste trabalho, foram realizados outros ensaios convencionados por normas

brasileiras além do ensaio de penetração, visto que os CAPs utilizados não são

apenas os convencionais supracitados.

23

Os outros CAPs utilizados neste trabalho também seguem as normativas do

DNIT as quais se utilizam de ensaios e de especificações do material. As normas para

cada tipo de CAP estão listadas na Tabela 1.

Tabela 1 – Especificações do DNIT para cada tipo de CAP.

Tipo de CAP Especificação de material

CAP convencional Norma DNIT 095/2006 - EM

CAP modificado por polímero elastomérico Norma DNIT 129/2011- EM

CAP modificado por borracha Norma DNIT 111/2009 - EM

CAP modificado por asfalto natural do tipo TLA Norma DNIT 168/2013-EM

Os ligantes são especificados pelas normas brasileiras de acordo com as

Tabelas 2, 3, 4 e 5.

24

Tabela 2 - Especificação brasileira de CAPs convencionais. Fonte: Norma DNIT 095/2006 - EM.

CARACTERÍSTICAS

UNIDADES

LIMITES MÉTODOOS

CAP

30 / 45

CAP

50 / 70

CAP

85 / 100

CAP

150 / 200

ABNT

ASTM

DNER

Penetração (100 g, 5s, 25ºC) 0,1mm 30 - 45 50 - 70 85 - 100 150 - 200 NBR 6576 D 5 ME 003/99

ºC 52 46 43 37 NBR 6560 D 36

Viscosidade Saybolt Furol s NBR 14950 E 102 ME 004/94

a 135 ºC, mín 192 141 110 80

a 150 ºC, mín 90 50 43 36

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

OU

Viscosidade Brookfield

cP

NBR 15184

D 4402

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

a 150 ºC, SP

21, mín.

203

112

97

81

a 177 ºC, SP 21 76 - 285 57 - 285 28 - 114 28 - 114

Índice de susceptibilidade térmica (1)

(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 ME 149/94

Solubilidade em

tricloroetileno, mín

%

99,5

99,5

99,5

99,5

NBR 14855

D 2042

ME 153/94

Ductilidade a 25º C, mín cm 60 60 100 100 NBR 6293 D 113 ME 163/98

Efeito do calor e do ar

(RTFOT) a 163 ºC, 85 min

D 2872

Variação em massa, máx (2) % 0,5 0,5 0,5 0,5

Ductilidade a 25º C, mín cm 10 20 50 50 NBR 6293 D 113 ME 163/98

Aumento do ponto de amolecimento, máx

ºC

8

8

8

8

NBR 6560

D 36

Penetração retida, mín (3) % 60 55 55 50 NBR 6576 D 5 ME 003/99

25

Tabela 3 - Especificação brasileira para CAPs modificados por polímeros elastôméricos. Fonte: Norma DNIT 129/2011- EM.

Características

Unidade

55/75-E

60/85-E

65/90-E Método de Ensaio

Limite da Especificação ABNT NBR

DNIT- ME

Penetração 25ºC, 5s, 100g

0,1 mm

45 – 70

40-70

40-70

- 155/2010

Ponto de Amolecimento, mín.

ºC

55

60

65

- 131/2010

Ponto de Fulgor, mín.

ºC

235

235

235

11341 -

Viscosidade Brookfield a 135ºC, spíndle 21, 20 rpm, máx.

cP

3000

3000

3000

15184 -


cP

2000

2000

2000

15184 -


cP

1000

1000

1000

15184 -

Ensaio de Separação de Fase, máx.

ºC

5

5

5

15166 -

Recuperação Elástica a 25ºC, 20 cm, mín.

%

75

85

90

- 130/2010

Efeito do calor e do ar - RTFOT , 163 ºC, 85 minutos

Variação de massa, máx., (1)

% massa

1,0

1,0

1,0

15235 -

Variação do PA, máx.

ºC

- 5 a +7

- 5 a +7

- 5 a +7

- 131/2010

Percentagem de Penetração Original, mín.

%

60

60

60

- 155/2010

Percentagem de Recuperação Elástica Original a 25ºC, mín.

%

80

80

80

- 130/2010

26

Tabela 4 - Especificação brasileira para CAPs modificados por borracha. Fonte: Norma DNIT 111/2009 – EM.

Características Unid. Asfalto Borracha Métodos de ensaio

Tipo AB

8

Tipo AB

22

Penetração,100g,5s, 25ºC 0,1mm 30-70 30-70 DNER ME 003/99

Ponto de Amolecimento, min, ºC ºC 55 57 DNER ME-247/94

Viscosidade Broookfield, 175ºC,

20rpm, Spindle 3

cP

800-2000

2200-4000

NBR 15529

Ponto de Fulgor, min ºC 235 235 DNER ME 148/94

Recuperação Elástica Ductilômetro, 25ºC, 10 cm, min

%

50

55

NBR 15086:2006

Estabilidade à estocagem, máx ºC 9 9 DNER ME-384/99

Efeito do calor e do ar (RTFOT) a

163ºC:

− Variação em massa, máx. % 1 1 NBR 15235:2006

− Variação do Ponto de

Amolecimento, máx

ºC

10

10

DNER ME-247/94

− Porcentagem de Penetração

Original, mín.

%

55

55

DNER ME 003/99

− Porcentagem da

Recuperação Elástica

Original,. 25ºC 10cm, mín.

%

100

100

NBR 15086:2006

27

Tabela 5 - Especificação brasileira para CAPs modificados por asfalto natural do tipo TLA. Fonte: Norma DNIT 168/2013-EM.

Características

Unidade

CAP-TLA 40/55

Método de Ensaio

Limite da Especificação

ABNT / NBR DNIT- ME

ASTM

Penetração (25ºC, 5s, 100g)

0,1 mm

40 – 55

- DNIT-155/2010

-

Ponto de Amolecimento, mín.

ºC

50

- DNIT-131/2010

-

Ponto de Fulgor, mín.

ºC

232

11341:2008 - -

Viscosidade Brookfield a 135ºC, spindle 21, 20 rpm, mín.

cP

400

15184:2004 - -


cP

215

15184:2004 - -


cP

80

15184:2004 - -

Solubilidade em tricloroetileno

%

75 - 90

14855:2002 - -

Teor de Cinzas

%

7,5 - 19

9842:2009 - -

Ductilidade a 25ºC, 5 cm/min., mín.

cm

100

- DNER-163/1998

-

Presença de TLA

-

Presença

- - D6608-12

Estabilidade ao Armazenamento, máx.

ºC

5

- DNER-384/1999

-

Efeito do calor e do ar - RTFOT, 163 ºC, 85 minutos

Variação de massa, máx. (1)

% massa

1,0

15235:2009 - -

Percentagem da Penetração Original, mín.

%

55

- DNIT-155/2010

-

Ductilidade a 25ºC, 5 cm/min., mín.

cm

50

- DNER-163/1998

-

Os resultados apresentados nas tabelas supracitadas foram obtidos através de

ensaios, os quais alguns serão citados abaixo com breve descrição.

- Ensaio de penetração:

Consiste em determinar a profundidade (em décimos de milímetros) que uma

agulha de 100 gramas penetra uma amostra de CAP por 5 segundos à temperatura

de 25º. Quanto menor for a penetração da agulha, maior será a consistência do CAP

(Bernucci et al 2006). O nome do ligante é a faixa de penetração, por exemplo, o CAP

30/45 tem o resultado do ensaio de penetração entre 30 e 45 décimos de milímetros.

28

- Viscosidade Brookfield

Viscosidade é uma medida de resistência à deformação gradual por tensão de

cisalhamento, e o ensaio de viscosidade Brookfield busca medir a viscosidade através

desta relação. A finalidade deste ensaio é determinar a viscosidade do ligante asfáltico

para garantir que este é fluido o suficiente para ser bombeado e misturado com os

agregados. Fluidos mais viscosos (ligante asfáltico) apresentam uma dificuldade

maior de trabalhabilidade.

A viscosidade da amostra é medida a partir do torque necessário para manter

uma velocidade de rotação constante na haste do equipamento quando submergida

no ligante asfáltico. O ensaio é realizado aquecendo o ligante para conseguir servir

na cubeta uma quantidade entre 11 e 12g. Logo a cubeta é introduzida no reômetro e

aquecida através do thermosel. O spindle é colocado dentro da amostra. Liga-se o

equipamento Brookfield e anotam-se os dados obtidos. O ensaio deve ser realizado

para três temperaturas: 135ºC, 150ºC e 177ºC. Logo é possível traçar um gráfico

viscosidade versus temperatura. Com os resultados deste ensaio é possível fazer uma

estimativa através de cálculos da temperatura ideal para compactação e mistura do

ligante asfáltico. A Figura 3 ilustra os equipamentos utilizados para este processo.

Figura 3 - Fotografia do equipamento Brookfield e thermosel.

29

- Ensaio de retorno elástico

Os ligantes asfálticos devem possuir a capacidade de retornar ao seu estado

inicial após uma deformação. A propriedade que permite tal capacidade é o Retorno

Elástico. Primeiramente deve-se aquecer o ligante para prepará-lo no molde. Deve-se

formar uma esfera do CAP a ser ensaiado e introduzi-la no ductilômetro com água e

ajustar a densidade com adição de água e glicerina ou sal de modo que a mistura

atinja uma densidade mais próxima possível a do ligante a ser ensaiado. Logo deve-

se colocar os moldes no ductilômetro e aguardar 90 minutos para após liga-lo, esticar

o molde até 20cm e romper com uma tesoura no meio a gravata. Deve-se aguardar 1

hora o retorno do ligante e medir com a régua o valor do retorno. Pode-se observar o

ductilômetro em funcionamento, após o CAP ser cortado na Figura 4. A parte dourada

do ductilômetro é o molde supracitado.

Figura 4 - Fotografia dos moldes com ligantes dentro do ductilômetro. Fonte: GEPPASV

- Ensaio de ponto de amolecimento

Temperatura da água a qual o ligante asfáltico é vencido pelo peso de uma

esfera padronizada e toca o fundo do suporte. Para realização deste ensaio,

primeiramente deve-se aquecer o CAP para derramá-lo na circunferência inscrita aos

anéis padronizados do ensaio. Logo os anéis e o ligante asfáltico devem ser mantidos

imersos em água a 5ºC e introduzir no becker o suporte juntamente com os anéis e a

30

esfera. Por último, aquecer o sistema até a esfera passar no anel. A temperatura a

qual o ligante cedeu é a temperatura de amolecimento.

- Ensaio do ponto de fulgor

Este ensaio visa medir a temperatura em que os vapores decorrentes do

aquecimento do ligante asfáltico inflamam-se devido com contato com uma chama. O

ponto de fulgor é a temperatura a qual a chama aparece, conforme Figura 8. Este

ensaio é de suma importância para extração e coleta dos fumos asfálticos, pois

quando submetido à alta temperatura o ligante pode pegar fogo. Logo, é importante

ter conhecimento das temperaturas suportadas pelo material. Para realização deste

ensaio, é utilizado o equipamento ilustrado na Figura 5.

Figura 5 - Fotografia do ensaio de ponto de fulgor.

- Densidade

É a relação entre a quantidade de massa por quantidade de volume ocupado

por uma substância ou corpo. O ensaio é simples e se dá da seguinte forma: Pesar

31

cada um dos picnômetros vazios; encher cada um dos picnômetros com água

destilada e pesá-los novamente; retirar a água e aguardar um dia para que haja a

secagem total dos picnômetros; pesar picnômetros com ligante asfáltico até a metade

do recipiente; completar os picnômetros com água destilada e pesá-los novamente. A

Figura 6 demonstra o procedimento citado. Desse modo é possível calcular a

densidade através da equação da densidade (densidade = massa/volume).

Figura 6 - Fotografia dos picnômetros Cônico e Cilíndrico, utilizados para pesagens no ensaio de densidade.

b) Especificação segundo metodologia SUPERPAVE

A metodologia SUPERPAVE é um conjunto de ensaios de CAP normatizados

nos Estados Unidos. Essa metodologia surgiu a partir de estudos realizados

inicialmente em 1987 pelo Strategic Highway Research Program (SHRP). O produto

final deste programa americano foi o novo sistema SUPERPAVE, especificações as

quais foram unidas para privilegiar a avaliação do desempenho da mistura asfáltica.

A proposta é que os ligantes sejam avaliados em ampla faixa de temperaturas, que

cubra todas as etapas do processo de mistura, espalhamento e compactação, além

32

de considerar as temperaturas às quais o pavimento asfáltico estará sujeito ao longo

de sua vida útil (BERNUCCI et al,2008).

As especificações de ligantes que seguem essa metodologia podem ser

utilizadas tanto para ligantes convencionais como para ligantes modificados, incluindo

ligantes com aditivos dispersos, dissolvidos ou que reagem com CAPs. (SHRP, 1994).

A especificação de ligantes asfálticos foi desenvolvida durante o SHRP e ficou

conhecida como “Grau de desempenho” (PG – performance grade em inglês). A

proposta principal desta seleção e classificação é agrupar os ligantes asfálticos

conforme o seu comportamento em função do ambiente onde será implantado,

levando em conta as temperaturas do pavimento ao longo de sua vida útil, e do tráfego

previsto para a rodovia. (NCHRP 673 – pg 17). O resultado obtido após análise

segundo metodologia SUPERPAVE é dado em faixas de temperaturas em Graus

Celsius e ambiente (tráfego) indicado para o CAP ser aplicado. O tráfego aconselhado

é representado por letras (S, H, V e E) as quais: S remete ao inglês Standart traffic

(tráfego padrão), H significa em inglês Heavy traffic (tráfego pesado), V significa Very

heavy traffic (Muito pesado) e E de Extremely heavy traffic (Extremamente pesado).

Os testes buscam quantificar o desempenho dos ligantes em três estágios da sua

vida: no estado original, depois da fase de mistura, espalhamento e compactação e o

envelhecimento ocorrido durante a vida de serviço do pavimento.

A especificação SUPERPAVE vem sendo utilizada no Brasil em diversos

trabalhos, todavia a classificação pelo grau de penetração ainda é a mais utilizada.

Os métodos de avaliação dos CAPs envolvem ensaios de envelhecimento,

aplicação e desempenho.

Os principais métodos de envelhecimento são:

- Envelhecimento de longo prazo (PAV - Pressure Aging Vessel): simula o

envelhecimento em serviço do ligante por 7 a 10 anos.

- Envelhecimento de curto prazo (RTFOT - Rolling Thin Film Oven Test): que simula

o envelhecimento do asfalto durante a usinagem e transporte da massa.

33

Para determinar a aplicabilidade dos CAPs, a metodologia SUPERPAVE utiliza

uma norma para ensaio de viscosidade rotacional, similar a especificação brasileira,

a qual determina o comportamento reológico do ligante na faixa de temperatura de

bombeio, usinagem e aplicação.

Os métodos de ensaio para desempenho, utilizados para coleta de dados deste

trabalho foram:

- Reômetro de viga (BBR) o qual determina a temperatura inferior do PG a qual pode

ocorrer o trincamento térmico.

- Direct tension tester (DTI) que é feito no ligante após envelhecimento no RTFOT e

PAV.

- Reômetro de cisalhamento dinâmico (Dynamic Shear Rheometer ou DSR):

basicamente, determina parâmetros do ligante asfáltico relacionados com deformação

permanente e fadiga.

2.1.6. Fumos oriundos dos cimentos asfálticos de petróleo

É normalmente aceito que à temperatura ambiente, o ligante asfáltico não

oferece nenhum perigo para a saúde ou para o meio ambiente (CHAUHAN, 2010). No

entanto, como as aplicações deste material são realizadas após algum aquecimento,

faz-se necessário o estudo da composição das emissões nestas condições.

Fumos emitidos por ligantes asfálticos aquecidos são compostos por gotículas

de aerossol e gases, podendo conter agentes irritantes e pequenas quantidades de

compostos aromáticos policíclicos. Entre estes compostos emitidos, uma parte é

formada por Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos. (BINET et al, 2002, BONNET et

al, 2000 KRIECH et al, 1999).

34

Conforme BERNUCCI et al, 2008, a 150°C as emissões de vapores e fumaças

começam a ser percebidas e são compostas de hidrocarbonetos, pequenas

quantidades de H2S e de compostos policíclicos aromáticos (HPA) liberados da

massa asfáltica pelo aquecimento.

Devido à grande variabilidade das amostras de ligante asfáltico e sua elevada

complexidade, definir a composição química exata dos fumos gerados não é uma

tarefa possível, mas de um modo geral pode-se destacar a presença de metano,

dióxido de enxofre, monóxido de carbono, dióxido de nitrogênio, gás sulfídrico e

solventes aromáticos como benzeno, tolueno e xileno. No entanto, do ponto de vista

da saúde ocupacional, os componentes mais importantes devido à sua ação

carcinogênica são os HPA (GODOI, 2011, FERNANDES et al, 2007, BOCZKAJ et al,

2014).

2.2. Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA)

Como citado, os ligantes asfálticos liberam fumos os quais possuem HPA.

No caso das emissões asfálticas, em altas temperaturas, tem-se a produção

de vapores que se condensam à medida que são resfriados (sendo então

chamados de fumos de asfalto), o que pode ser claramente percebido em

temperaturas da ordem de 150° C com misturas a quente. A composição

química dos vapores e fumos de asfalto é variável e depende de fatores como

tipo de petróleo de origem, tipo de ligante asfáltico, tempo de usinagem, além

da temperatura. O que se sabe é que, como resultado da decomposição

térmica do asfalto, se tem a formação de HPA, que são então liberados para

o meio ambiente. (MOTTA, Rosangela. São Paulo, 2013)

Os HPA pertencem a uma classe de compostos químicos complexos, cuja

estrutura se apresenta na forma de anéis de benzeno unidos, estando amplamente

distribuídos na atmosfera. Entretanto, alguns HPA já têm sido considerados como

tendo potencial carcinogênico e/ou mutagênico.

35

A agência de proteção ambiental dos Estados Unidos (United States

Environmental Protection Agency – USEPA) classificou dezesseis HPA como sendo

prioritários com relação a saúde e meio ambiente:

1) Naftaleno (Na) – 2 anéis

2) Acenaftaleno (Ac)

3) Acenafteno (Ace)

4) Fluoreno (Flu)

5) Fenantreno (Ph)

6) Antraceno (An) – 3 anéis

7) Pireno (Py)

8) Criseno(Ch)

9) Fluoranteno (FL)

10) Benzo[a]antraceno (BaA) – 4 anéis

11) Benzo[b]fluoranteno (BbF)

12) Benzo[k]fluoranteno (BkF)

13) Benzo[a]pireno (BaP)

14) Dibenzo[a,h]antraceno (DA) - 5 anéis

15) Benzo[g,h,i]perileno (BPe) e indeno[1,2,3-c,d]pireno (IP) – 6 anéis

16) Indeno[1,2,3-cd]pireno

É importante mencionar que quanto maior o número de anéis, maior a

possibilidade de serem cancerígenos e ou mutagênicos. A temperatura influencia

tanto na quantidade de cada um dos 16 HPA contidos nos fumos de asfalto, quanto

na quantidade de fumos totais, o que implica que existem níveis de exposição

ocupacional e potencial toxicológico que os HPA apresentam de acordo com a

temperatura a qual o ligante é submetido.

Por esse motivo, foram citadas na revisão bibliográfica as misturas mornas, que

podem contribuir para a redução da emissão de HPA, visto que os fumos gerados e

temperaturas mais amenas provavelmente são menos nocivos do que aqueles em

temperaturas mais elevadas. Conforme se observa no gráfico comparativo da Figura

7, as misturas mornas emitem menos HPA que as misturas quentes.

36

Figura 7 – Gráfico comparativo entre mistura quente e mistura morna quanto à emissão de HPA. Fonte: Boletim técnico SINICESP, 2013.

2.2.1. Toxicologia dos Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

Os primeiros relatos de câncer vieram de estudo com limpadores de chaminés

ingleses, no século 17. Há estudos relativos à exposição de trabalhadores em fornos

de gaseificação do carvão, produção de coque, produção de asfalto, em fundições,

em usinas de alumínio e produção de borracha. Todavia, em todas estas atividades,

ocorreram exposições paralelas a outras substâncias, o que dificulta a correlação

entre a exposição aos HPA e o nível de câncer dos trabalhadores.

A composição dos fumos de Ligante asfáltico é bastante complexa e além dos

HPA existem diversas outras substâncias potencialmente causadoras de danos à

saúde. Os HPA têm recebido mais atenção devido aos possíveis danos em longo

prazo causados por intoxicações crônicas.

A descoberta da carcinogenicidade de alguns HPA na década de 30 trouxe uma

nova preocupação ao meio científico. “As principais queixas de saúde entre os

trabalhadores expostos aos fumos de asfalto nos serviços de pavimentação e

37

construção civil (revestimento de telhados) são os efeitos do trato respiratório, tais

como irritação de nariz e garganta, tosse, garganta seca, corrimento nasal, nariz

sangrando, dificuldades de respiração, e asma.” (HEALTH COUNCIL OF THE

NETHERLANDS, 2007, CONCAWE, 1992).

Segundo FERRAZ, 2015, os HPA podem existir em mais de uma centena de

combinações, no entanto os países adotam listas diferentes de HPA prioritários,

podendo ser um grupo entre 16 e 28 diferentes compostos. No Brasil normalmente se

adotam nas pesquisas a lista da EPA (Environmental Protection Agency) utilizada nos

EUA e apresentada na Tabela 6, com 14 HPA considerados prioritários para este

trabalho.

Mesmo que existam evidências científicas, ainda não é possível determinar o

potencial carcinogênico dos fumos de asfalto para o ser humano. A falta de

informações consolidadas não deve impedir ações para minimizar as ações de

prevenção e sim para se buscar mais dados para preencher lacunas no conhecimento

sobre o tema. Para SHULTE, 2007, a incerteza está relacionada à complexidade

química e às inconsistências encontradas nos estudos utilizando geração de fumos

em laboratório em relação à amostragem de campo e também nos resultados de

estudos epidemiológicos.

2.2.2. Extração de Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos

2.2.2.1. Sistemas para geração e coleta de fumos para análise

Além do DEC, que será o equipamento utilizado neste trabalho, existem outros

aparatos de extração de HPA na literatura. Para remoção dos HPA de ligantes

asfálticos, é necessário aquecimento do mesmo. Quando aquecido à temperaturas

38

elevadas (acima do ponto de fulgor), o ligante pode pegar fogo e tornar o experimento

inseguro. Para evitar este problema, os equipamentos devem operar a temperaturas

inferiores à temperatura de combustão do material ou envolver a amostra em

ambiente inerte (sem oxigênio). Além disso, para captar os fumos o sistema deve ser

hermético para não ocorrer dissipação de HPA (objeto principal de estudo).

Os primeiros aparatos eram simples e foram desenvolvidos na década de 70

para gerar as emissões em fase vapor para o estudo dos fenômenos de adsorção.

Entre os inúmeros aparatos desenvolvidos desde então, é pertinente citar dois deles:

- Gerador de fumos utilizado por Binnet

Em 2002, BINNET et al, apresentaram uma proposta de desenho de gerador

fumos que permite ajustes na área de emanação dos fumos com a utilização de

componentes intercambiáveis, como mostrado na Figura 8 no esquema geral e, em

detalhe na Figura 9, para obter fumos com teor de HPA proporcional à concentração

dos fumos em termos de material particulado total.

Figura 8 - Representação esquemática geral do gerador de fumos utilizado por Binet et al, 2002. Fonte: Binet et al, 2002.

39

Figura 9 - Representação esquemática em detalhe do gerador de fumos utilizado por Binet et al, 2002. Fonte: Binet et al, 2002.

PREISS et al, Part 1, POHLMANN et al, 2006, coletaram fumos diretamente

dos tanques de armazenagem de asfalto. Os condensados dos fumos coletados foram

posteriormente regenerados para os ensaios de inalação em cobaias (ratos) e de

acordo com os autores, considerando que os condensados de fumos regenerados são

comparáveis ao material coletado nos amostradores pessoais utilizados nos locais de

trabalho, então a atmosfera gerada em laboratório também pode ser comparada com

o a atmosfera do local de trabalho.

A Figura 10, sem escala, mostra a representação esquemática da coleta de

fumos em um tanque de asfalto (A) e o sistema usado para a regeneração do

condensado antes da exposição (B).

40

Figura 10 - Representação esquemática da coleta de fumos em tanque de asfalto (A) e sistema de regeneração de condensado de fumos (B), sem escala. Fonte: Adaptado de POHLMANN et al, 2006.

2.2.2.2. Dispositivo de Extração e Coleta (DEC)

O DEC foi desenvolvido por FERRAZ em sua tese de doutoramento em 2015

no laboratório LACHEM da Universidade Federal de Santa Maria. Este dispositivo é

adequado para utilização em bancada de laboratório e a geração dos fumos se dá

através do aquecimento do ligante asfáltico em sistema fechado, com temperatura

controlada em atmosfera não oxidante utilizando-se para isso argônio aquecido como

gás de arraste. As extrações dos fumos são feitas a partir de pequenas massas de

ligante asfáltico. O sistema desenvolvido foi aplicado na geração e coleta de fumos de

ligantes asfálticos comercializados no Brasil. Os fumos coletados foram analisados

quanto aos teores de alguns hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPA) cujo

monitoramento é recomendado pela organização mundial da saúde devido ao seu

potencial carcinogênico. O DEC pode ser operado numa ampla faixa de temperaturas

que cobre todas as temperaturas usuais de aplicação de asfalto, sem perdas

significativas dos analitos e sem risco de ignição em virtude da atmosfera inerte

presente. O dispositivo pode operar com diferentes solventes em contato com a

41

massa de cimento asfáltico e também sem a presença destes solventes, pelo

aquecimento direto da amostra.

O DEC permite a coleta dos fumos tanto diretamente em fase liquida (soluções

absorventes) quanto em fase sólida (adsorventes sólidos). Na análise dos fumos

coletados no DEC foram encontrados 14 dos 16 HPA considerados prioritários pela

EPA (Environmental Protection agency). Pode-se observar a fórmula estrutural dos

hidrocarbonetos que foram analisados neste trabalho na Tabela 6.

Tabela 6 - Estrutura dos HPA analisados pelo DEC. Fonte: FERRAZ, 2015.

Composto Fórmula Estrutural Fórmula molecular

Fluoreno

C13H10

Acenaftileno

C12H8

Acenafteno

C12H10

Naftaleno

C10H8

Fenantreno

C14H12

Antraceno

C14H10

Fluoranteno

C16H10

Pireno

C16H10

Benzo(b)fluoranteno

C20H12

Benzo(k)fluoranteno

C20H12

Benzo(a)pireno

C20H12

Benzo(ghi)pireno

C22H12

42

Dibenzo(a,h)antraceno

C22H14

Indeno(1,2,3-cd)pireno

C22H12

O DEC funciona da seguinte maneira: Uma peça maciça de alumínio fundido

em forma cônica é aquecida por uma manta térmica com regulagem de temperatura.

Esta peça de alumínio está em um meio onde a temperatura é mantida através de lã

de rocha, material térmico. O CAP é disposto dentro do cone e o DEC é fechado por

uma tampa de inox com saída para os fumos. O cone é aquecido em ambiente

controlado por termômetros e atmosfera inerte em função da presença de gás Argônio

(Ar). O gás é proveniente de um cilindro (com regulagem de vazão), e antes de entrar

em contato com o CAP é aquecido através de serpentina em torno da peça aquecida

de alumínio conforme mostra Figura. A injeção e aquecimento do Argônio é

extremamente importante, pois desta forma o CAP não entra em combustão por estar

em meio inerte e não resfria. O ligante aquecido libera os fumos que saem pelo

caminho preferencial para os traps, que é a saída na parte superior da tampa. Os traps

contendo líquido adsrovente estão imersos em etilenoglicol, substância que resfria as

amostras contidas nos traps. O Dispositivo de extração e coleta foi esquematizado na

Figura 11.

Figura 11 - Desenho esquemático de funcionamento e peças do DEC. Fonte: FERRAZ, 2015.

43

2.3. Saúde ocupacional

Quando os vapores esfriam, eles se condensam na forma de fumos de asfalto.

Assim, os trabalhadores que usam asfalto aquecido estão expostos a fumos e a

vapores de asfalto.

É possível observar nas Figuras 12, 13, e 14, trabalhadores expostos aos

fumos do asfalto aplicado a quente.

Figura 12 - Fotografia de trabalhadores expostos aos fumos do asfalto.

44

Figura 13 - Fotografia de operários expostos às emissões asfálticas durante a compactação.

Figura 14 - Fotografia de operador de vibroacabadora exposto às emissões asfálticas antes da compactação.

Através de câmera termográfica é possível medir as temperaturas em que as

misturas asfálticas se encontram. Em estudo feito pelo GEPPASV em 2015, foi

utilizada uma câmera termográfica para verificar as temperaturas de aplicação e

mistura dos materiais na pavimentação. Foi possível observar as altas temperaturas

que os trabalhadores estão expostos. Para este trabalho foram selecionadas as

figuras onde se destacam a temperatura de usinagem e compactação. As figuras de

15 a 18 demonstram imagens com escala térmica onde é possível verificar as

temperaturas dos CAPs em que os trabalhadores estão expostos.

45

Figura 15 – Imagem de Câmera Termográfica mostrando operário exposto à mistura contendo CAP aquecido à 143,9ºC. Fonte: GEPPASV.

Figura 16 - Fotografia real da figura 15 onde o operário está exposto à mistura contendo CAP. Fonte: GEPPASV.

46

Figura 17 - Imagem de câmera termográfica onde está retratada a aplicação da mistura asfáltica à 114,3ºC. É possível observar operários expostos à mistura quente. Fonte: GEPPASV.

Figura 18 - Fotografia retirada no mesmo momento da imagem da figura 17, onde está retratada a aplicação da mistura asfáltica. É possível observar operários expostos à mistura quente. Fonte: GEPPASV.

47

É possível inferir através das Figuras 15 a 18 que os trabalhadores realmente

estão expostos à misturas asfálticas em altas temperaturas. Em altas temperaturas

ocorrem as emissões asfálticas, as quais são prejudiciais à saúde humana.

Dentre as emissões gasosas destacam-se o metano, o dióxido de enxofre, o

monóxido de carbono e o dióxido de nitrogênio.

Como diluentes do asfalto geralmente são utilizados o querosene ou a nafta. O

querosene é uma mistura de hidrocarbonetos alifáticos, olefínicos e aromáticos, e tem

como principais componentes os alifáticos (87%), com faixa entre 10 a 16 átomos de

carbono (GUIMARÃES, 2003).

E o benzo(a)pireno é um agente químico causador de câncer de pele do corpo.

Portanto, os trabalhadores que atuam na pavimentação de ruas não deveriam

trabalhar de camiseta e bermuda.

Também o benzo(a)antraceno e os benzofluorantenos são reconhecidos como

cancerígenos, além de possuírem propriedades mutagênicas. E ambos se encontram

nas emissões do asfalto. As manifestações agudas dos pavimentadores envolvem:

irritação ocular, irritação nas mucosas do trato respiratório superior (nasal e garganta),

tosse, dispnéia, asma química, bronquite, dor de cabeça, irritação, ressecamento e

queimaduras da pele, pruridos, rachaduras e feridas. Quanto aos efeitos crônicos, há

outros estudos, como o da NIOSH (Health Effects of Occupational Exposure to

Asphalt) relatando o risco de câncer, dentre eles: leucemia, câncer na boca e faringe

e de pulmão. Também há relatos de câncer gastrintestinal e de próstata/bexiga.

(LOPES, 2008).

Existem no mercado de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) máscaras

e respiradores faciais e semi-faciais os quais possuem filtros para voláteis orgânicos.

No entanto, as máscaras e respiradores ainda não são requeridas como EPI

obrigatório em obras rodoviárias que utilizam CAP. Pode-se observar nas figuras

acima que os operários não utilizam máscaras, logo estão expostos aos fumos do

asfalto.

48

2.3.1. Avaliação de riscos

Avaliação de riscos é o processo que caracteriza de forma científica e

sistemática, o potencial de efeitos adversos sobre a saúde resultantes de situações

ou agentes (químico, físico, biológico) perigosos. Dentro deste contexto, verificou-se

a possibilidade de fazer um estudo de avaliação de riscos das emissões asfálticas

encontradas neste trabalho. Para tal, foi utilizada a planilha de avaliação de riscos da

Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB). Esta planilha é utilizada

por várias empresas para avaliar o risco o qual seus funcionários estão submetidos

em diversas atividades e serviços.

A planilha da CETESB é apresentada em arquivo Excel, onde são gerados

algoritmos que a partir dos dados lançados mostram um resultado do risco da

atividade. Existem inúmeros parâmetros analisados e entrelaçados, entre eles: Tempo

de exposição, área de exposição, tipo de contaminante, etc.

O modelo da planilha é complexo e bloqueado para alterações, sendo

preestabelecido para atividades relacionadas, onde não se encontra a atividade de

pavimentação com foco em exposição aos fumos oriundos de ligantes asfálticos. Para

análise na planilha da CETESB, seria necessária mudança no escopo e programação

da planilha, inviabilizando esta análise para o presente trabalho.

49

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para realização dos experimentos no DEC foi necessário desenvolver a

metodologia, desde preparo de amostras até preparar o fumo extraído para análise

no LC-MS (Liquid Chromatography Mass Spectrometry).

3.1. Planejamento da pesquisa

A coleta de amostras foi realizada de forma a representar o mercado brasileiro

de ligantes asfálticos.

1. Após estudo das características dos ligantes, obtidas através de ensaios

convencionados feitos no laboratório GEPPASV, foram feitas análises laboratoriais

de quantização e caracterização dos HPA das amostras no equipamento DEC.

2. Com os resultados obtidos através do DEC, com intuito de quantificar a importância

da emissão de HPA em laboratório em diferentes temperaturas, foi feita uma

análise gráfica dos valores encontrados para cada tipo de ligante em diferentes

temperaturas.

3.2. Materiais

No trabalho em questão, serão analisados doze ligantes asfálticos produzidos

e utilizados no Brasil. Os ligantes convencionais são os cimentos asfálticos de petróleo

puros, no caso o CAP 50/70 e o CAP 30/45. Todos os CAPs, tanto convencionais

como modificados, utilizados neste trabalho foram listados abaixo com suas principais

características, sendo os fornecidos pela empresa Greca:

50

Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP 50/70: É um CAP considerado médio;

Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP 30/45: É um CAP considerado duro;

FLEXPAVE 60/85: Asfalto modificado por polímero elastomérico (SBS);

ECOFLEX B: Asfalto modificado por pó de borracha de pneus inservíveis

(Asfalto-Borracha);

HARD CAP: Segredo industrial. Este ligante possui características reométricas

diferenciadas especialmente para grandes cargas.

E os fornecidos pela empresa Betunel:

Cimento Asfáltico de Petróleo - CAP 30/45: É um CAP considerado duro;

CAP Borracha: Asfalto modificado por pó de borracha de pneus inservíveis

(Asfalto-Borracha);

CAP TLA Modificado: 25% de asfalto natural + 75% asfalto modificado;

CAP TLA AM: Modificação do ligante asfáltico nacional com asfalto natural

oriundo da jazida (lago asfáltico);

Stylink: Asfalto com adição de polímero.

Além dos ligantes supracitados, serão estudados os asfaltos altamente

modificados (HiMA):

HiMA tipo 1: Alta concentração de polímero elastomérico (SBS);

HiMA tipo 2: Alta concentração de polímero elastomérico (SBS).

Os doze ligantes amostrados para este trabalho são os mais comumente

utilizados nas obras de pavimentação brasileiras.

51

3.2.1. Classificação brasileira

Conforme a literatura citada, os ligantes em estudo foram submetidos a ensaios

de caracterização pelo grupo GEPPASV. Os resultados dos ensaios citados estão

apresentados na Tabela 7 e são relevantes para demonstrar as características reais

dos mesmos ligantes amostrados para posteriores ensaios no DEC.

Os resultados para ensaios de viscosidade Brookfield para os doze ligantes em

estudo estão expostos em temperaturas desejáveis obtidas através de cálculos para

usinagem e compactação, visto que o objetivo deste trabalho é verificar as emissões

asfálticas de ligantes em diferentes temperaturas. Além de resultados de viscosidade,

são apresentados os resultados de ensaios de retorno elástico, amolecimento,

penetração, ponto de fulgor/combustão e densidade na Tabela 7.

Tabela 7 - Resultados dos ensaios de Viscosidade, Retorno elástico, amolecimento, penetração, ponto de fulgor/combustão e densidade para os ligantes asfálticos em estudo.

Viscosidade

CAP TEMP. DE

MISTURA

TEMP. DE

APLICAÇÃO

Retorno

elástico

Anel e

bola Penet. Ponto

de

Fulgor

Ponto

de

Comb.

Densidade

% T média

amol. 0,1mm

Frasco

cônico

Frasco

cilíndrico

30/45-Greca 165 a 170 156 a 160 17,1 62,85 46,8 267 299 - -

50/70-Greca 148 a 154 137 a 142 10,8 51,9 59,6 266 292 1,019 1,016

Ecoflex B 204 a 214 187 a 194 69,2 63,35 49,8 253 294 - -

Flexpave - - 89,2 82,3 55,2 275 330 - -

Hard CAP 166 a 172 156 a 160 17,6 66,5 36,8 238 289 - -

30/45-Betunel 159 a 164 150 a 154 8,9 55,75 42,6 328 359 - -

Borracha - - 65,8 62,85 71,6 310 320 - -

Stylink 172 a 179 160 a 165 23,8 69,4 72,4 278 326 1,037 1,036

TLA AM 181 a 187 170 a 175 60,6 69,65 22,7 298 344 1,137 1,13

TLA Modif. 164 a 170 154 a 158 12,6 60,8 38,2 275 340 1,076 1,088

HIMA II - 95,3 86,5 53,9 318 350 1 1,006

HIMA I - - - 41,6 - - - -

52

3.2.2. Classificação SUPERPAVE

Como resultado dos ensaios convencionados pelas normas SUPERPAVE, se

obtém temperaturas e tráfego os quais os ligantes são propícios a serem aplicados.

Este método de classificação consegue obter resultados para melhor aplicação dos

materiais, de acordo com o local onde será construída a rodovia. A Tabela 8 resume

os resultados obtidos através de ensaios com os CAPs deste estudo utilizando a

classificação SUPERPAVE.

Tabela 8 - Resultados das amostras de ligantes em estudo obtidos através dos ensaios da metodologia SUPERPAVE pelo grupo GEPPASV em laboratório do RJ.

Ligante PG Tráfego

Hard Cap 82-22 Extremamente pesado (E)

50/70 Greca 58-16 Pesado (H)

30/45 Betunel 82-16 Extremamente pesado (E)

30/45 Greca 70-22 Pesado (H)

TLA Modificado 76-10 Muito pesado (V)

Flexpave (60/85) 82-22 Extremamente pesado (E)

Stylink (76/22) 70-28 Muito pesado (V)

TLA AM 70-22 Padrão (S)

HIMA II 76-28 Extremamente pesado (E)

HIMA I 82-22 Extremamente pesado (E)

Ecoflex B 82-28 Extremamente pesado (E)

Borracha 76-28 Pesado (H)

3.2.3. Temperaturas de usinagem e compactação

Para este estudo, verificou-se a necessidade de escolher temperaturas para

simular usinagem e compactação do concreto asfáltico quando se fala em extração

de fumos. As temperaturas de usinagem e compactação são as que os trabalhadores

estão mais expostos ao ligante asfáltico.

Para tal, foram retiradas das especificações dos fornecedores as temperaturas

ideias para usinar e compactar o concreto asfáltico. Observa-se que as temperaturas

53

da Tabela 9, as quais foram informadas pelos fabricantes, se assemelham as

temperaturas da Tabela 7, onde as temperaturas foram obtidas através do ensaio

Brookfield no laboratório GEPPASV. Em obras rodoviárias pode-se observar que as

temperaturas indicadas pelos fornecedores de material ligante realmente são

utilizadas, pois nesta faixa de temperatura acontece o maior rendimento utilizando o

material.

A Tabela 9 resume as temperaturas que os fornecedores (Greca e Betunel) de

ligantes indicam para usinagem (mistura) e compactação.

Tabela 9 - Temperaturas de usinagem (mistura) e compactação dos CAPs informadas pelos fornecedores e temperaturas utilizadas no DEC durante os ensaios.

CAP Temperatura de mistura (°C) Temperatura de compactação (°C)

Informada Utilizada Informada Utilizada

Hard CAP - 168 - 158

50/70 Greca 150 a 155 152,5 A partir de 135 135

30/45 Betunel 151 a 157 154 141 a 147 144

30/45 Greca 155 a 160 157,5 A partir de 140 140

TLA Modificado 155 a 161 158 146 a 152 149

Flexpave 60/85 160 a 165 162,5 A partir de 145 145

Stylink 76/22 160 a 166 163 141 a 147 144

HIMA II 171 a175 172,5 161 a 165 162,5

HIMA I 170 a 175 173 160 a 165 163

TLA AM 161 a 167 174 146 a 152 149

Ecoflex 170 a 180 175 A partir de 150 150

Borracha 180 a 185 182,5 160 a 165 162,5

O fornecedor do Hard CAP não informou as temperaturas indicadas para

usinagem e compactação. Logo, para fazer o ensaio no DEC foi utilizada a

temperatura obtida no laboratório GEPPASV a partir do ensaio Brookfield. A Tabela 9

também indica as temperaturas utilizadas no DEC para a emissão e coleta dos fumos

asfálticos. Observa-se que as temperaturas utilizadas são as médias dos limites

indicados pelos fornecedores.

54

3.3. Método de extração e coleta de HPA utilizando o DEC

O trabalho de conclusão de curso em questão utiliza o DEC (Dispositivo de

Extracão e Coleta), desenvolvido por FERRAZ em sua tese de doutoramento pela

Universidade Federal de Santa Maria em 2015, que é capaz de gerar e coletar fumos

produzidos pelo aquecimento de amostras de cimento asfáltico.

O DEC é um aparato que consiste em esquentar o ligante asfáltico em bloco

maciço de alumínio em forma cônica com controle de pressão e temperatura. Este

ambiente que envolve o ligante é de gás Argônio aquecido a mesma temperatura que

o ligante, para não esfriar a massa (passou por aquecimento junto ao bloco de

alumínio através das serpentinas de cobre). Existe um termômetro acoplado para

medir a temperatura a qual o ligante se encontra durante o aquecimento (realizado

através de manta térmica).

Como supracitado, quando o ligante asfáltico é aquecido ele libera fumos os

quais contém HPA. Esse fumo é captado por um sistema de traps de vidro que contém

um solvente (acetonitrila), o qual adsorve o fumo. Esse material adsorvido é tratado

para ficar o mais translúcido possível e com o menor número de espécies de HPA as

quais não é necessário detectar. Pode-se observar o aparato sendo utilizado na Figura

19. Observa-se que os traps de vidro estão tapados com papel alumínio, para ajudar

a manter a temperatura baixa dos mesmos, imersos no etileno-glicol contido no tubo

de PVC.

55

Figura 19 – Fotografia do DEC em funcionamento.

O DEC permite ensaiar uma amostra de cada vez. Para cada amostra de cada

um dos 12 ligantes, foram utilizadas duas temperaturas diferentes. Como citado no

item anterior, as temperaturas escolhidas para aquecer os ligantes foi a demonstrada

na Tabela 9. Foram preparadas duas amostras por ligante: uma amostra para ensaiar

na temperatura de usinagem e na sequência diminuir para temperatura de

mistura/compactação e uma amostra extra para guardar e ter como branco futuro.

Logo, cada um dos 12 ligantes foi ensaiado uma vez, onde a coleta dos fumos foi feita

em duas etapas: coleta na temperatura de usinagem e coleta na temperatura de

compactação.

O ensaio foi feito de forma a tentar se aproximar ao máximo da realidade

encontrada em obras rodoviárias, onde primeiramente o CAP é usinado e

posteriormente aplicado. De forma semelhante, as amostras passaram pelo seguinte

processo descrito no fluxograma da Figura 20.

56

Figura 20 - Fluxograma de processo de ensaio de amostra de CAP.

Para começar o ensaio, a amostra deve estar congelada para melhor

manuseio. Primeiramente a amostra é pesada e fracionada de acordo com a

capacidade do DEC (aproximadamente 100g). As massas de CAP utilizadas estão

descritas na Tabela 10 e a Figura 21 demonstra como a amostra é disposta no

aparato.

Tabela 100 - Massa de CAP por amostra.

CAP Massa (g)

Hard Cap 115,3

50-70 Greca 110,3

30-45 Betunel 108,4

30-45 Greca 97,5

TLA Modificado 120,1

Flexpave (60-85) 95,4

Stylink (76-22) 132

HIMA II 114,5

HIMA I 113,4

TLA AM 199,3

Ecoflex 133,3

Borracha 100,2

Uma amostra de CAP é inserida no DEC

DEC é regulado com temperatura de usinagem

indicado pelo fabricante do CAP da amostra

Após 4h de aquecimento e extração de fumos em

temperatura de usinagem, os traps com fumo adsorvido são

retirados do sistema

Utilizando a mesma amostra de CAP que foi ensaiada com temperaturas de usinagem,

um novo sistema de traps com adsorvente é adicionado ao

sistema

O DEC é regulado na temperatura de compactação

indicada pelo fabricante do CAP da amostra

A extração dos fumos na temperatura de compactação

dura 4h

O DEC é desligado e os trapsremovidos

Os traps com fumos adsorvidos são levados para filtragem, onde as amostras

com se tornarão mais translúcidas

As duas amostras tratadas (ensaio temperatura de

usinagem e compactação) são levadas para o LC-MS para

quantizar e especiar os HPA

57

Figura 21 - Fotografia da amostra de ligante asfáltico dentro do aparato antes de ser fechado e ligado.

A peça de alumínio aquece a amostra. Por ser de forma cônica, propicia mistura

mais eficiente do ligante em função da injeção de Argônio.

Figura 22 – Fotografia do sistema de traps de vidro ainda desconectados do dispositivo imersos em etilenoglicol.

58

A amostra dos fumos recolhida nos traps foi tratada para ficar o mais translúcida

possível levada ao cromatógrafo LC-MS onde foram especificados os tipos e

quantidades de HPA. Neste estudo, foram observados 14 HPA polarizados (citados

na Tabela 3), os quais são possivelmente carcinogênicos.

59

4 RESULTADOS OBTIDOS

Os resultados obtidos através do ensaio no DEC são quantidade e quais tipos

de HPA cada CAP contém. Os HPA emitidos pelos CAPs no dispositivo de extração

e coleta foram organizados por temperatura de aplicação e também por tipo de HPA.

4.1. Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos (HPA)

Através da extração e coleta dos fumos realizados no DEC conforme

procedimento descrito na metodologia, por LC-MS foi possível chegar a resultados de

quantificação (em mg/kg) de cada espécie de HPA conforme Tabelas 12 e 13. As

temperaturas apresentadas nas tabelas estão na ordem de ensaio, primeiro a

temperatura de usinagem e após a temperatura de compactação para a mesma

amostra.

Os resultados estão expostos em mg/kg, unidade geralmente utilizada para

estes tipos de compostos. É possível fazer transformações de unidades através de

equações físicas e matemáticas. Neste trabalho, em que o objetivo é demonstrar as

emissões em diferentes temperaturas e compará-las, não será necessário fazer

mudanças de unidades.

Nas Tabelas 11 e 12, “nd” significa não detectado pelo método, e <LOQ abaixo

do limite de quantificação. Esses valores não foram encontrados pelas análises de

LC-MS, pois são muito baixos, logo serão desconsiderados durante a análise de

resultados. Dentre os 14 HPA que o procedimento foi capaz de detectar, os seis HPA

que serão analisados durante a discussão são: Fluoreno, Acenaftileno, Acenafteno,

Naftaleno, Antraceno e Fluoranteno.

60

Tabela 11 - Resultados de emissões de cada espécie HPA (em mg/kg) dos principais CAPs comercializados no Brasil nas temperaturas de usinagem e compactação.

Identificação da

amostra Temp Fluoreno Acenaftileno Acenafteno Naftaleno Fenantreno Antraceno Fluoranteno

Hard Cap

Usinagem

168,0 1,90 0,17 0,66 19,38 0,07 0,06 1,06

Compactação

158,0 0,98 0,13 0,37 11,16 nd 0,02 3,69

50-70 Greca

Usinagem

152,5 2,18 0,12 0,06 0,08 nd 0,01 0,73

Compactação

135,0 0,13 0,10 nd 0,31 nd 0,01 0,70

30-45 Betunel

Usinagem

154,0 0,48 0,10 0,09 0,23 nd nd 0,73

Compactação

144,0 0,17 0,14 nd 0,05 0,02 0,01 0,75

30-45 Greca

Usinagem

157,5 0,58 0,15 0,08 0,38 nd 0,01 0,80

Compactação

140,0 0,16 0,21 nd 0,07 nd nd 0,85

TLA Modificado

Usinagem

158,0 0,28 0,10 0,23 1,31 0,04 0,01 0,64

Compactação

149,0 0,38 0,11 0,11 0,21 nd 0,01 0,69

Flexpave (60-85)

Usinagem

162,5 0,32 0,11 0,11 1,26 nd 0,01 0,86

Compactação

145,0 0,27 0,14 nd 0,08 0,03 0,01 0,85

Stylink (76-22)

Usinagem

163,0 0,19 0,10 0,15 0,71 0,04 0,01 0,62

Compactação

144,0 0,21 0,12 0,08 0,09 nd 0,01 0,59

HIMA II

Usinagem

172,5 0,16 0,12 0,06 0,24 nd 0,01 0,68

Compactação

162,5 0,45 0,11 0,09 0,34 nd 0,03 0,69

HIMA I

Usinagem

173,0 0,28 0,11 0,17 1,05 0,04 0,01 0,92

Compactação

163,0 0,27 0,11 nd 0,17 nd 0,01 0,89

TLA AM

Usinagem

174,0 0,10 0,07 0,05 0,10 nd 0,01 0,40

Compactação

149,0 0,09 0,06 nd 0,07 0,02 nd 0,41

Ecoflex

Usinagem

175,0 0,46 0,10 nd 0,04 0,04 0,02 0,59

Compactação

150,0 0,62 0,11 nd nd nd 0,01 0,59

Borracha

Usinagem

182,5 0,76 0,12 0,23 0,93 nd 0,03 0,78

Compactação

162,5 0,60 0,11 0,15 0,18 nd 0,01 0,79

61

Tabela 12 - Resultados de emissões de cada espécie HPA (em mg/kg) dos principais CAPs comercializados no Brasil por temperatura.

Identificação da

amostra Temp Pireno

Benzo(b)

fluoranteno

Benzo(k)

fluoranteno

Benzo(a)

pireno

Dibenzo(ah)

antraceno

Benzo(ghi)

pireno

Indeno(123-cd)

pireno

Hard Cap

Usinagem

168,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

Compactação

158,0 0,01 <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

50-70 Greca

Usinagem

152,5 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

Compactação

135,0 0,01 <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

30-45 Betunel

Usinagem

154,0 nd <LOQ <LOQ 0,01 <LOQ nd 0,03

Compactação

144,0 0,00 <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

30-45 Greca

Usinagem

157,5 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,04

Compactação

140,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,04

TLA Modificado

Usinagem

158,0 0,00 <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

Compactação

149,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 0,08 nd 0,03

Flexpave (60-85)

Usinagem

162,5 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,04

Compactação

145,0 nd <LOQ <LOQ 0,01 <LOQ nd 0,04

Stylink (76-22)

Usinagem

163,0 0,00 <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

Compactação

144,0 0,01 0,04 <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

HIMA II

Usinagem

172,5 0,00 <LOQ <LOQ 0,01 <LOQ nd 0,03

Compactação

162,5 0,00 <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

HIMA I

Usinagem

173,0 0,01 <LOQ <LOQ 0,02 <LOQ nd 0,03

Compactação

163,0 0,01 <LOQ <LOQ 0,01 <LOQ nd 0,03

TLA AM

Usinagem

174,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,02

Compactação

149,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,02

Ecoflex

Usinagem

175,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

Compactação

150,0 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,03

Borracha

Usinagem

182,5 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,04

Compactação

162,5 nd <LOQ <LOQ 0,00 <LOQ nd 0,04

62

4.2. Discussão dos resultados

Para compreender a complexa emissão de HPA dos CAPs estudados, foram

necessárias inúmeras tentativas para visualizar as emissões demonstradas nas

Tabelas 11 e 12 de forma gráfica.

Para discussão de resultados por espécie de HPA foram gerados gráficos de

emissão por tipo de ligante, onde as emissões foram divididas em temperaturas de

usinagem (cor laranja) e compactação (cor azul).

Os HPA escolhidos para análise nesta etapa do trabalho foram os que

apresentaram resultados mais relevantes, ou seja, acima dos limites de detecção. São

eles: Fluoreno, Acenaftileno, Acenafteno, Naftaleno, Antraceno e Fluoranteno.

Ao observar a Figura 23, gráfico de emissões de Fluoreno por ligante de acordo

com as temperaturas de usinagem e compactação, percebe-se que a maioria dos

ligantes emite mais Fluoreno em temperaturas de usinagem.

Figura 23 - Gráfico comparativo de emissões de Fluoreno (mg/kg) por CAP e temperatura.

1,90

2,18

0,4

8 0,58

0,28 0,32

0,19

0,16 0

,28

0,10

0,4

6

0,76

0,98

0,13 0,17

0,16

0,3

8

0,27

0,21

0,45

0,27

0,09

0,62

0,60

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

Har

d C

ap

50-7

0 G

reca

30-4

5 B

etun

el

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

Flu

ore

no

mg/

kg

Temperatura de Usinagem Temperatura de compactação

63

É importante frisar que os gráficos expostos estão com escalas diferentes. Isso

ocorreu em função de existir diferença entre a proporção de quantidade das emissões

de cada HPA. Por exemplo, a espécie de HPA que teve maior valor detectado foi o

Fluoreno, com 2,18 mg/kg. Já a espécie que teve menor valor detectado foi o

Benzo(a)pireno com valores próximos a zero, por este motivo esta e outras espécies

com baixos índices de detecção não foram analisadas graficamente.

As emissões de Acenaftileno demonstradas no gráfico da Figura 24 foram

semelhantes em ambas as temperaturas ensaiadas e relativamente parecidas em

todos os tipos de CAP.

Figura 24 - Gráfico comparativo de emissões de Acenaftileno (mg/kg) por CAP e temperatura.

O Acenafteno, no geral, teve emissões baixas comparadas com outros HPA.

No entanto, o Hard CAP apresentou uma alta emissão deste analito. Como se pode

perceber, as emissões de Acenafteno foram mais recorrentes em temperaturas de

usinagem (mais altas). Em temperaturas de compactação, alguns CAPs não emitiram

quantidades perceptíveis de Acenafteno, como mostra o gráfico da Figura 25.

0,1

7

0,12

0,10

0,15

0,10 0,

11

0,10

0,1

2

0,11

0,07

0,10

0,120,

13

0,10

0,14

0,21

0,1

1

0,1

4

0,12

0,11

0,11

0,06

0,11

0,11

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

Har

d C

ap

50-

70 G

reca

30-4

5 B

etu

nel

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

Ace

naf

tile

no

mg/

kg

Temperatura de Usinagem Temperatura de Compactação

64

Figura 25 - Gráfico comparativo de emissões de Acenafteno (mg/kg) por CAP e temperatura.

O Naftaleno foi detectado neste experimento, este é um dos HPA mais citados

em pesquisas científicas sobre saúde ocupacional em várias áreas profissionais. Os

gráficos das figuras 26 e 27 demonstram as emissões para os CAPs estudados.

Observou-se que a emissão de Naftaleno pelo Hard CAP foi aproximadamente 660%

maior que a emissão deste HPA pelo CAP TLA Modificado, segundo maior emissor

de Naftaleno entre os CAPs analisados. Por este motivo, no gráfico da Figura 27, o

Hard CAP é retirado para observar o comportamento das emissões de Naftaleno pelos

outros CAPs de forma mais clara. Desta forma, é possível inferir que as emissões de

Naftaleno não seguem um padrão de acordo com a temperatura.

0,66

0,06 0,

09

0,08

0,23

0,11 0,

15

0,06

0,17

0,05

0,0

0

0,23

0,37

0,0

0

0,0

0

0,0

0

0,11

0,0

0

0,08

0,0

9

0,0

0

0,0

0

0,0

0

0,15

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

Har

d C

ap

50-7

0 G

reca

30-4

5 B

etun

el

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

Ace

naf

ten

om

g/kg


65

Figura 26 - Gráfico comparativo de emissões de Naftaleno (mg/kg) por CAP e temperatura.

Figura 27 - Gráfico comparativo de emissões de Naftaleno (mg/kg) por CAP e temperatura. Desconsiderando o resultado do Hard CAP.

19,3

8

0,08

0,23

0,38 1,

31

1,26

0,71

0,24 1,

05

0,10

0,04 0

,93

11,1

6

0,31

0,05

0,07

0,21

0,08

0,09

0,34

0,17

0,0

7

0,0

0

0,18

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Har

d C

ap

50-7

0 G

reca

30-4

5 B

etun

el

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

Naf

tale

no

mg/

kg


0,08

0,23

0,38

1,31

1,26

0,71

0,2

4

1,05

0,10

0,04

0,93

0,31

0,05

0,07

0,21

0,08

0,09

0,34

0,17

0,07

0,00

0,18

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

50-7

0 G

reca

30-4

5 B

etun

el

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

Naf

tale

no

mg/

kg


66

As emissões de Antraceno aferidas pelo LC-MS também foram baixas.

Entretanto, importantes para demonstrar os resultados onde é aparente a diversidade

de espécies de HPA emitidos por CAPs brasileiros, como pode ser percebido no

gráfico da Figura 28.

Figura 28 - Gráfico comparativo de emissões de Antraceno por CAP e temperatura.

Finalmente, o padrão das emissões de Fluoranteno foram diferentes das

emissões das outras espécies de HPA. Conforme gráfico da Figura 29, as emissões

foram constantes em 11 dos 12 CAPs brasileiros, nas duas temperaturas ensaiadas

para cada CAP. Novamente é perceptível a diferença das emissões do Hard CAP.

0,06

0,01

0,00

0,01 0,01

0,01

0,01

0,0

1

0,0

1

0,01

0,02

0,03

0,02

0,01

0,01

0,00

0,01 0,01

0,01

0,03

0,0

1

0,00

0,01 0,01

0,00

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

Har

d C

ap

50-7

0 G

reca

30-4

5 B

etun

el

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

An

trac

eno

mg/

kg


67

Figura 29 - Gráfico comparativo de emissões de Fluoranteno (mg/kg) por CAP e temperatura.

Observa-se que em todos os gráficos das Figuras 23 à 29, os CAPs 30-45 de

ambos fornecedores têm emissões de HPA semelhantes. Essa comparação é

relevante, pois os CAPs 30-45 são, na prática, materiais muito similares e com

comportamentos próximos por serem provenientes da mesma fonte antes de ir para

os fornecedores. A uniformidade dos resultados para este tipo de CAP é um indício

que o DEC e posterior análise no LC-MS são eficientes em extrair, coletar e analisar

HPA de CAPs.

O Hard CAP foi o material responsável pelas maiores emissões de quase todos

os HPA. Verificou-se a possibilidade de que estas emissões tenham acontecido

devido às altas temperaturas que são indicadas para usinagem e compactação deste

CAP, no entanto esta premissa não é necessariamente verdadeira visto que o CAP

Borracha foi submetido à temperaturas mais altas que o Hard CAP e teve as menores

emissões percebidas nesta pesquisa.

1,06

0,73

0,73 0,80

0,64 0,

86

0,62 0,68 0,

92

0,40 0,

59 0,78

3,69

0,7

0

0,75 0,

85

0,69 0,

85

0,59 0,

69 0,89

0,41 0,

59 0,79

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

Har

d C

ap

50-7

0 G

reca

30-4

5 B

etun

el

30-4

5 G

reca

TLA

Mo

dif

icad

o

Flex

pave

(60

-85)

Styl

ink

(76-

22)

HIM

A II

HIM

A I

TLA

AM

Eco

flex

Bo

rrac

ha

Emis

sões

de

Flu

ora

nte

no

mg/

kg


68

Estas observações levam à conclusão de que a temperatura a qual o CAP foi

submetido no ensaio não é mais importante do que as características de cada

material. No entanto, ficou claro que cada tipo de material emite quantidades

diferentes de HPA, onde geralmente em temperaturas de usinagem as emissões são

maiores.

Dentro deste contexto, para verificar graficamente a afirmação, uma das formas

foi somar as espécies de HPA por CAP. Entretanto, cada HPA é emitido em uma faixa

diferente. Por exemplo, o valor máximo de Naftaleno emitido foi 19,38 mg/kg,

enquanto o valor máximo emitido pelo Fluoranteno foi 1,06 mg/kg. Para ser possível

somar as emissões de HPA, os mesmos foram organizados, como um ranking, da

seguinte forma: O maior valor de um HPA foi considerado 1, e o menor valor de

emissão deste mesmo HPA foi considerado zero. Os valores intermediários foram

calculados proporcionalmente ao novo máximo (um) e mínimo (zero).

Os seis HPA analisados foram: Fluoreno, Acenaftileno, Acenafteno, Naftaleno,

Antraceno e Fluoranteno. Como os outros oito HPA tiveram uma faixa de detecção

muito baixa, próxima ao erro de medição do LC-MS (até 0,03 mg/kg), foram

desconsiderados para esta análise.

É importante salientar que cada CAP estudado foi ensaiado em uma

temperatura diferente, conforme tabela 10. O gráficos foram gerados para ambas as

temperaturas, de usinagem e compactação. Através desta análise de dados, foram

obtidos os gráficos demonstrados nas Figuras 30 e 31.

69

Figura 30 - Somatório de emissões de HPA por CAP nas temperaturas de usinagem.

Para análise de gráfico da Figura 31, é pertinente atentar para o fato de que

quando o CAP foi submetido às temperaturas de compactação, o mesmo já havia

passado pelo processo de extração durante 4h na temperatura de usinagem.

Figura 31 - Somatório de emissões de HPA por CAP nas temperaturas de compactação.

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

70

Figura 32 - Gráfico comparativo entre somatório de emissões ponderadas em temperaturas de usinagem (laranja) e compactação (azul).

A partir da análise do gráfico contido na Figura 32, se nota que as temperaturas

de usinagem são mais altas que as temperaturas de compactação. Comparando os

dois gráficos supracitados, percebe-se que nas temperaturas mais altas (usinagem),

foram emitidos mais HPA que nas temperaturas de compactação. Através da tabela

14, pode-se observar a relação percentual de decréscimo de emissões entre as

temperaturas de usinagem e compactação. O somatório apresentado é o mesmo

utilizado para gerar os gráficos 30 e 31, onde para cada HPA o maior valor de emissão

foi considerado 1 e o menor 0 (ranking de emissões por espécie).

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

71

Tabela 13 – Demonstração em porcentagem do decréscimo de emissões de HPA da temperatura de usinagem para temperatura de compactação nos CAPs estudados. Os valores apresentados na tabela são provenientes do ranking supracitado.

CAP Somatório emissões

temperaturas de Usinagem Somatório emissões

temperaturas de Compactação Relação

percentual

Hard Cap 5,87 3,98 -32% 50-70 Greca 2,12 1,87 -12% 30-45 Betunel 1,95 1,25 -36% 30-45 Greca 1,68 1,24 -26% TLA Modificado 1,51 0,98 -35% Flexpave (60-85) 1,33 0,86 -35% Stylink (76-22) 1,07 0,85 -21% HIMA II 1,03 0,72 -30% HIMA I 1,01 0,67 -33% TLA AM 0,98 0,60 -39% Ecoflex 0,84 0,44 -48% Borracha 0,0092 0,0029 -69%

72

5 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Tendo em vista a importância do modal rodoviário na matriz de transportes

brasileira, foi relevante estudar as emissões que os principais materiais para

pavimentação de rodovias (CAPs) apresentam. As emissões asfálticas provenientes

do aquecimento dos CAPs contém HPA, objetivo de estudo neste trabalho. Os HPA

são emitidos em maior ou menor escala, de acordo com a temperatura da mistura e

as características do material.

Neste trabalho foram analisadas amostras que representam o mercado

brasileiro de CAPs de uma forma ampla. Os 12 CAPs cujas emissões de foram

demonstradas são os principais materiais comercializados e utilizados hoje no Brasil.

Logo, o espectro de estudo foi completo e serviu para demonstrar de forma inovadora,

utilizando métodos de extração, coleta e análise, os valores de emissões de HPA

destes CAPs.

Os objetivos deste trabalho foram claramente atingidos, visto que a extração e

análise em diferentes temperaturas, dos HPA presentes nos principais CAPs

comercializados no Brasil através do DEC (Dispositivo de Extração e Coleta) foi

realizada e os resultados obtidos.

Para obtenção dos resultados, o DEC foi utilizado para promover a liberação e

captação de fumos asfálticos para posterior especiação e quantificação dos HPA.

Com os resultados quantizados e organizados em tabelas, foi possível verificar a

existência de diferença entre as emissões de cada tipo de HPA para cada um dos 12

principais CAPs comercializados no Brasil. Através desta verificação foi viável avaliar

a importância das diferentes temperaturas as quais cada CAP é submetido.

Os resultados obtidos através de análise LC-MS após ensaio no DEC foram

satisfatórios, pois demonstrou o funcionamento adequado do DEC para estes tipos de

CAPs na comparação de resultados entre duas amostras de CAP 30-45 semelhantes.

73

A análise dos resultados obtidos teve como conclusão que nas temperaturas

de usinagem as emissões de HPA são maiores. Por esse motivo, na temperatura de

usinagem, a maioria das espécies de HPA foi extraída em maior quantidade pelo DEC.

No entanto, é plausível reforçar que as emissões de cada CAP não podem ser

relacionadas diretamente com a temperatura.

O Hard CAP, por exemplo, foi submetido à temperaturas mais baixas (tanto de

usinagem como de compactação) que o CAP Borracha. Ainda assim, o Hard CAP teve

emissões consideravelmente maiores que o CAP Borracha. Por isso não é possível

afirmar que quanto maior a temperatura do CAP maior a emissão de HPA. Esta

afirmação serve para análise de cada CAP separadamente, como foi demonstrado na

tabela 11, onde todos os CAPs apresentaram decréscimo em suas emissões em

função da temperatura e método de ensaio (primeiro remoção em temperaturas de

usinagem e após remoção em temperaturas de compactação).

5.1. Sugestões para pesquisas futuras

Conforme apresentado neste trabalho, as emissões de ligantes asfálticos as

emissões de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos acontecem de forma complexa

para cada CAP estudado. Uma sugestão de pesquisas futuras é relacionar as

emissões com as propriedades ou aditivos dos CAPs.

A segunda sugestão de pesquisa é quantificar a potencialidade que cada CAP

tem de causar mal à saúde, em função dos resultados de emissões de HPA obtidos

neste trabalho. Buscar bibliografia que contemple este tipo de análise de riscos ou

atualizar as planilhas existentes para este tipo de exposição ocupacional.

A partir dos resultados obtidos neste trabalho e outras análises com o DEC e

LC-MS, poderia ser tema de um trabalho a relação entre a resistência e durabilidade

dos asfaltos com os tipos de HPA que estes contêm.

74

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