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ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Asfaltos: Caracterização Brasileira
Bloco 2
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
As aulas contidas neste CD foram elaboradas pela seguinte equipe de professores:
AutoriaAutoria
Liedi Légi Bariani Bernucci - Universidade de São Paulo
Jorge Augusto Pereira Ceratti - Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Laura Maria Goretti da Motta - Universidade Federal do Rio de Janeiro
Jorge Barbosa Soares - Universidade Federal do Ceará
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Este CD contém 30 aulas, em 10 blocos organizados por assunto:
Lista dos assuntos do CD completoLista dos assuntos do CD completo
Bloco 1 – Introdução
Bloco 2 – Asfaltos
Bloco 3 – Agregados e Fíler
Bloco 4 – Tipos de Revestimentos Asfálticos
Bloco 5 – Dosagem de Misturas Asfálticas e de Tratamento superficial
Bloco 6 – Propriedades Mecânicas de Misturas Asfálticas
Bloco 7 – Materiais de Bases e Soluções de Pavimentação Asfáltica
Bloco 8 – Técnicas Executivas
Bloco 9 – Avaliação de Pavimentos Asfálticos
Bloco 10 – Técnicas de Restauração e Reabilitação de Pavimentos Asfálticos
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ObservaçãoObservação
O conteúdo das aulas aqui apresentadas tem caráter educacional e foi elaborado pelos quatro autores a partir das respectivas experiências em ensino, pesquisa e extensão. As informações possuem a contribuição de alunos e profissionais envolvidos nestas atividades.
Na melhor de suas possibilidades, os autores registraram o crédito devido nas diversas informações, incluindo fotos e figuras. Nenhuma informação deverá ser entendida como conselho ou recomendação de qualquer ordem.
Os materiais referidos não poderão ser copiados, reproduzidos, adaptados, publicados ou distribuídos em qualquer forma sem o consentimento prévio dos autores.
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Cimento Asfáltico de PetróleoCimento Asfáltico de Petróleo Classificado por penetração
a 25ºC (até 2005) em
algumas refinarias: 30/45
50/60
85/100
150/200
Classificado por viscosidade a 60°C (até 2005):
CAP 7
CAP 20
CAP 40
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Cimento Asfáltico de PetróleoCimento Asfáltico de Petróleo
Classificado por penetração
a 25ºC (a partir de 2005): 30/45
50/70
85/100
150/200
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Classificação CAP 2005Classificação CAP 2005
Características da Tabela de Especificação com os métodos de ensaio:
Penetração
NBR 6576 - Materiais betuminosos - Determinação da penetração.
ASTM D 5 - Determinação de penetração de materiais betuminosos (Penetration of Bituminous Materials).
Ponto de Amolecimento
NBR 6560 - Materiais betuminosos - Determinação do ponto de amolecimento - Método do anel e bola.
ASTM D 36 - Determinação do ponto de amolecimento (método do anel e bola) (Softening Point of Bitumen (Ring-and-Ball Apparatus).
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Classificação CAP 2005Classificação CAP 2005
Características da Tabela de Especificação com os métodos de ensaio:
Viscosidade Saybolt-Furol e Viscosidade Brookfield
NBR 14950 - Materiais betuminosos - Determinação da viscosidade Saybolt Furol.
ASTM E 102 - Determinação da Viscosidade Saybolt Furol de materiais betuminosos a temperaturas elevadas (Standard Test Method for Saybolt Furol Viscosity of Bituminous Materials at High Temperatures).
ASTM D 4402 - Determinação da viscosidade do asfalto a temperaturas elevadas usando um viscosímetro rotacional (Viscosity Determination of Asphalt at Elevated Temperatures Using a Rotational Viscometer).
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Tabela de Especificação - seguintes métodos de ensaio (cont.):
Ponto de Fulgor
NBR 11341 - Derivados de petróleo - Determinação dos pontos de fulgor e de combustão em vaso aberto Cleveland.
ASTM D 92 - Determinação dos pontos de fulgor e de combustão em vaso aberto Cleveland (Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup Tester).
Solubilidade em Tricloroetileno
NBR 14855 - Materiais betuminosos - Determinação da solubilidade em tricloroetileno.
ASTM D 2042 - Solubilidade de materiais betuminosos em tricloroetileno (Solubility of Asphalt Materials in Trichloroethylene).
Classificação CAP 2005Classificação CAP 2005
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Tabela de Especificação - seguintes métodos de ensaio (cont.):
Dutilidade
NBR 6293 - Materiais betuminosos - Determinação da dutilidade.
ASTM D 113 - Dutilidade de materiais betuminosos (Ductility of Bituminous Materials).
Variação em Massa
NBR 15235 – Materiais asfálticos – Determinação do efeito do calor e do ar em uma película delgada rotacional.
ASTM D 2872 - Effect of Heat and Air on a Moving Film of Asphalt (Rolling Thin-Film Oven Test).
Classificação CAP 2005Classificação CAP 2005
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Tabela Especificação 2005Tabela Especificação 2005
Características UnidadeLimites Métodos
CAP 30-45 CAP 50-70 CAP 85-100 CAP 150-200 ABNT ASTM
Penetração (100g, 5s, 25, oC) 0,1mm 30 a 45 50 a 70 85 a 100 150 a 200 NBR 6576 D 5
Ponto de Amolecimento oC 52 46 43 37 NBR 6560 D 36
Viscosidade Saybolt-Furol
s NBR 14950 E 102a 135oC 192 141 110 80
a 150oC 90 50 43 36
a 177oC 40 a 150 30 a 150 15 a 60 15 a 60
Viscosidade Brookfield
cP NBR 15184 D 4402
a 135oC, SP 21, 20rpm mín 374 274 214 155
a 150oC, SP 21, mín 203 112 97 81
a 177oC, SP 21 mín 76 a 285 57 a 285 28 a 114 28 a 114
Índice de Susceptibilidade Térmica
(-1,5) a (+0,7)
(-1,5) a (+0,7)
(-1,5) a (+0,7)
(-1,5) a (+0,7) - -
Ponto de Fulgor mín. oC 235 235 235 235 NBR 11341 D 92
Solubilidade em tricloroetileno, mín % massa 99,5 99,5 99,5 99,5 NBR 14855 D
2042
Ductilidade a 25 oC, mín. cm 60 60 100 100 NBR 6293 D 113
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Tabela Especificação 2005 (cont.)Tabela Especificação 2005 (cont.)
Efeito calor e ar a 163 oC, 85 mín
D 2872Variação em massa, máx % massa 0,5 0,5 0,5 0,5
Ductilidade a 25 oC cm 10 20 50 50NBR 6293
D113
Aumento do Ponto de Amolecimento
oC 8 8 8 8NBR 6560
D 36
Penetração Retida (*) % 60 55 55 50NBR 6576
D 5
(*) relação entre a penetração após o efeito do calor e do ar em estufa RTFOT e a penetração antes do ensaio.
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CAPCAP
Ensaios correntes
da classificação
brasileira
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PenetraçãoPenetração
Ensaio de classificação de cimentos asfálticos.
Medida de consistência.
Ensaio a 25ºC, 100 g, 5s NBR 6576.
Presente em especificações ASTM e européias.
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PenetraçãoPenetração
Equipamento
Amostra a 25oC
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Penetração (ASTM D5-94 e NBR 6576)
Ensaios de ConsistênciaEnsaios de Consistência
Profundidade, em
décimo de milímetro,
que uma agulha de
massa padronizada
(100 g) penetra numa
amostra de cimento
asfáltico (por 5
segundos) à
temperatura de 25 C.
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Solubilidade (Pureza)Solubilidade (Pureza)
Em tricloroetileno
NBR 14855
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Solubilidade (Pureza)Solubilidade (Pureza)
Foto:PBS
(1) Materiais e equipamentos(2) Cadinho com papel filtro (esq)Amostra antes da filtragem (dir)
(3) Amostra dissolvida em tricloroetileno (4) Filtragem com auxílio de vácuo
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Ponto de AmolecimentoPonto de Amolecimento
Ensaio classificatório de especificações européias
Especificação NBR 6560
Empregado para estimativa de susceptibilidade térmica.
Presente em especificações de asfaltos modificados e asfaltos soprados.
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Ensaios de ConsistênciaEnsaios de Consistência
Uma bola de aço de dimensões e peso especificados é colocada no centro de uma amostra de asfalto em banho. O banho é aquecido a uma taxa controlada de 5C/minuto. Quando o asfalto amolece, a bola e o asfalto deslocam-se em direção ao fundo.
Ponto de Amolecimento - Anel Bola
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Ponto de AmolecimentoPonto de AmolecimentoInício do ensaio Final do ensaio
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Viscosímetros para Fluídos NewtonianosViscosímetros para Fluídos Newtonianos
Necessário para:
Especificação de CAP (garantir bombeamento).
Determinação da temperatura de usinagem e compactação.
Por capilar – viscosidade cinemática.
Determinação do tempo de escoamento em tubos / orifícios calibrados:
Saybolt Furol ASTM D 88 e ASTM E 102.
Cannon Fenske e Zeithfuchs ASTM D 2170.
Brookfield (atual - mais moderno)
Saybolt Furol
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Viscosidade Capilar a Vácuo a 60ºCViscosidade Capilar a Vácuo a 60ºC
Ensaio da classificação brasileira de cimento asfáltico até 2005
NBR 5847
Presente em especificações ASTM e européias.
Medida de consistência.
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Ensaio de Viscosidade AbsolutaEnsaio de Viscosidade Absoluta Uso de tubos capilares
especiais com referências.
Banho a 60o C.
Uso de vácuo para empurrar o asfalto no tubo: 300 mm de Hg.
Marca-se o tempo entre referências.
Viscosidade expressa em Pa.s (Poise).
Foto: IPT
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Tipos de Tubos de Medida de ViscosidadeTipos de Tubos de Medida de Viscosidade
Asphalt Institute Tube Zietfuchs Cross-Arm Tube
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Ensaios de Consistência - ViscosidadeEnsaios de Consistência - Viscosidade
Viscosímetro Saybolt Furol
Viscosímetro Cannon Fenske e Zeithfuchs
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Viscosímetro Rotacional (Brookfield)Viscosímetro Rotacional (Brookfield)
MEDIDAS: propriedades relacionadas ao bombeamento e estocagem.
ABNT 15184 (2004)
ASTM D 4402 (2002)
RESULTADOS: comportamento do fluido
viscosidade x taxa de cisalhamento x tensão de cisalhamento;
viscosidade dinâmica (cP);
gráfico temperatura-viscosidade para projeto de mistura.
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Viscosímetro Rotacional (Brookfield)Viscosímetro Rotacional (Brookfield)
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Ensaios de ConsistênciaEnsaios de Consistência
Dutilidade
A dutilidade é dada pelo alongamento em centímetros obtido antes da ruptura de uma amostra de CAP com o menor diâmetro de 1 cm2, em banho de água a 25 C, submetida pelos dois extremos à tração de 5 cm/minuto.
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DutilidadeDutilidade
Resistência à tração do ligante.
Empregado para ensaios de retorno elástico de asfaltos modificados.
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Ensaios de SegurançaEnsaios de SegurançaPonto de Fulgor Menor temperatura, na qual os
vapores emanados durante o aquecimento do material asfáltico se inflamam quando expostos a uma fonte de ignição.
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Ponto de Fulgor (Segurança) Ponto de Fulgor (Segurança)
Termômetro
Cápsula cheia de amostra
Ponta ligada ao gás
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Ponto de FulgorPonto de Fulgor
Requisito de segurança.
Vaso aberto Cleveland.
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Simula o envelhecimento da usinagem;
Temperatura: 163°C;
Tempo: 5h;
Determina a perda ou ganho de peso;
Especificação ASTM D 1754;
Especificação ABNT 14736 .
Estufa de Efeito de Calor e Ar: Película Delgada (TFOT)
Ensaio de Durabilidade:Efeito do Calor e do ArEnsaio de Durabilidade:Efeito do Calor e do Ar
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Estufa de Película FinaEstufa de Película Fina
Vista da estufa fechada
Placa rotativa
PratoTermômetro
Prato comasfalto
Foto: Patricia Barboza da Silva
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Ensaios de DurabilidadeEnsaios de Durabilidade
Estufa de Filme Fino Rotativo (Rolling Thin Film Oven Test - RTFOT) - ABNT 15235 e ASTM 2872
Neste ensaio, uma fina película de asfalto é continuamente girada numa jarra de vidro a 163 C por 85 minutos, com uma injeção de ar a cada 3 a 4 segundos.
Estufa de filme rotativo
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Estufa de Película Fina RotativaEstufa de Película Fina Rotativa
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Estufa de Película Fina RotativaEstufa de Película Fina Rotativa
Cilindro para colocara amostra de ligante
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RTFOTRTFOT
Recipiente para ligante na RTFOT
Antes do preenchimento após do preenchimento
com liganteRecipiente coberto após
ensaio RTFOT
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Ensaio de massa específica do ligante Ensaio de massa específica do ligante
Picnômetro com asfalto e água
Determinação da massa do picnômetro totalmente preenchido com água a 25°C
Determinação da massa do picnômetro preenchido até a metade com asfalto a 25°C
Determinação da massa do picnômetro preenchido metade com água e metade com asfalto, a 25°C
ABNT 6296 ETAPAS:
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Etapas do ensaio de massa específica do liganteEtapas do ensaio de massa específica do ligante
(1) Picnômetros com asfalto e com água (2) Massa do picnômetro com água a 25oC
(3) Massa do picnômetro com asfalto até a metade (4) Massa do picnômetro com metade asfalto e metade água
Fotos: Patricia B. Silva
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Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992 -2005)Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992 -2005)
De acordo com as Especificações Brasileiras DNC 1992, os CAP eram classificados quanto à viscosidade até 2005 em: CAP 7, CAP 20, CAP 40.
MétodosCaracterísticas Unidades CAP - 7 CAP - 20 CAP - 40 ABNT ASTMViscosidade a 60ºC P 700 a 1500 2000 a 3500 4000 a 8000 MB-827 D 2171
Viscosidade Saybolt S 100 min. 120 min. 170 min. MB-517 E 102Furol a 135ºC D 2170a 177ºC s 15 a 60 30 a 150 40 a 150 D 2161 (1)
Efeito do calor e do ar(ECA) a 163ºC por 5h - Variação em massa % 1,0 máx. 1,0 máx. 1,0 máx. MB-425 D 1757 - Relação de viscosidade 4,0 máx. 4,0 máx. 4,0 máx. (2) - Ductilidade a 25ºC cm 50 min. 20 min. 10 min. MB-167 D 113
Índice de susceptibilidadetérmica (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (3)
Penetração (100g, 5s, 25ºC) 0,1mm 90 min. 50 min. 30 min. MB-107 D 5
Ponto de fulgor ºC 220 min. 235 min. 235 min. MB-50 D 92
Solubilidade emtricloroetileno % massa 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. MB-166 D 2042
Valores
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
De acordo com as Especificações Brasileiras DNC 1992, os CAP eram classificados quanto à penetração até 2005 em: CAP 30-45, CAP 50-60, CAP 85-100, CAP150-200.
Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992-2005)Antiga Especificação para CAP no Brasil (1992-2005)
Métodos
Características Unidades CAP 30/45 CAP 50/60 CAP 85/100 CAP 150/200 ABNT ASTM
Penetração (100g, 5s, 25ºC) 0,1 mm 30 a 45 50 a 60 85 a 100 150 a 200 MB-107 D 5
Ductilidade a 25ºC cm 60 min. 60 min. 100 min. 100 min. MB-167 D 113
Efeito do calor e do ar(ECA) a 163ºC por 5h
- Penetração (1) 50 min. 50 min. 47 min. 40 min. MB-107 D 5
- Variação em massa % 1,0 máx. 1,0 máx. 1,0 máx. 1,0 máx. MB-425 D 1757
Índice de susceptibilidadetérmica (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (-1,5) a (+1) (2)
Ponto de fulgor ºC 235 min. 235 min. 235 min. 220 min. MB-50 D 92
Solubilidade emtricloroetileno % massa 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. 99,5 min. MB-166 D 2042
Viscosidade Saybolt s 110 min. 110 min. 85 min. 70 min. MB-517 E 102Furol a 135ºC D 2170 e
D 2161 (3)
Valores
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
IP 87 - Ponto de Ruptura Fraass - Especificação AlemãIP 87 - Ponto de Ruptura Fraass - Especificação Alemã
Depende da consistência da matéria-prima – CAP.
Adição de SBS, SBR e BMP reduz no máximo 7ºC do Fraass do CAP original.
Ensaio que apresenta correlação com resultados do BBR e Tg.
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Comportamento do AsfaltoComportamento do Asfalto
Comportamento Viscoelástico
Correlação entre tempo/temperatura
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Usos do Cimento AsfálticoUsos do Cimento Asfáltico
Matéria-prima de asfaltos diluídos, emulsões asfálticas, asfaltos modificados, asfalto espuma e asfaltos soprados.
Aplicações rodoviárias a quente – concreto betuminoso a quente – CBUQ e misturas especiais – CPA, SMA, BBTM, Gap-graded, etc.
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Bitumen Test Data Chart - BTDCBitumen Test Data Chart - BTDC
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Tolerância Prevista pela SHELL em 1989Tolerância Prevista pela SHELL em 1989
0 18012060°C
Ponto deAmolecimento = Pen 800
Ponto deRuptura Fraass
102
103
101
103
102
101
100
104
Pen
etra
ção
@25
°C, d
mm
Visco
sidad
e 60°C, P
xx
Viscosidade 13.000 P
TIPO W SParâmetro = PA – T 13000P < 8ºC
Parâmetro correlaciona com frações cristalizáveis - DSC
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
BTDC de um Asfalto Convencional e um Modificado por PolímeroBTDC de um Asfalto Convencional e um Modificado por Polímero
0 18012060
°C
Ponto deAmolecimento
Ponto deRuptura Fraass
102
103
101
103
102
101
100
104
Asfalto Polímero
Asfalto Convencional
(CAP 20)
Pen
etra
ção
@25
°C, d
mm
Visco
sidad
e 60°C, P
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Defeitos Associados a Temperaturas de ServiçoDefeitos Associados a Temperaturas de Serviço
ASFALTOS Associação Brasileira das Empresas Distribuidoras de Asfaltos
Deformação PermanenteDeformação Permanente
Ocorre a temperaturas altas
No Brasil, entre 62 e 70 ºC
Influência predominante do agregado
Influência menor do ligante
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Trincas por FadigaTrincas por Fadiga
Ocorre a temperaturas intermediáriasNo Brasil, entre 25 e 40 ºC
Nos EUA, entre 20 e 30ºC
Efeito do agregado e
do ligante
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Trincas TérmicasTrincas Térmicas
Ocorre somente em países frios, geralmente em temperaturas inferiores a -10 º C
Influência predominante do ligante
Influência menor do agregado
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Requisitos das Especificações de AC 20 (EUA) e CAP 20 (BR)Requisitos das Especificações de AC 20 (EUA) e CAP 20 (BR)
FADIGA
PENVISC.
2000 MÍNIMO
50 MÍNIMO
TIPO S
º C
DEFORMAÇÃO
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Efeito da Baixa PenetraçãoEfeito da Baixa Penetração
PENVISC.
2000
40
TIPO S
º C
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Efeito da Viscosidade BaixaEfeito da Viscosidade Baixa
PENVISC.
1500
50
TIPO S
º C