MATERIAIS ASFÁLTICOS

O asfalto é um dos mais antigos materiais utilizados pelo homem. Na Mesopotâmia era usado como aglutinante em serviços de alvenaria e estradas e como impermeabilizante em reservatório de água e salas de banho. Também são encontradas citações na bíblia a respeito do uso de material betuminoso na arca de Noé (Gênesis 3,14). As primeiras aplicações de asfalto para fins de pavimentação foram feitas na França (1802), Estados Unidos (1838) e Inglaterra (1869). O emprego de asfalto derivado do petróleo iniciou-se a partir de 1909.

• Asfalto: Material de consistência variável, cor pardo-escura, ou negra, e no qual o constituinte predominante é o BETUME , podendo ocorrer na natureza em jazidas ou ser obtido pela refinação do Petróleo.
• Betume: Mistura de hidrocarbonetos pesados, obtidos em estado natural ou por diferentes processos físicos ou químicos, com seus derivados de consistência variável e com poder aglutinante e impermeabilizante, sendo completamente solúvel no bissulfeto de carbono (CS2) ou tetracloreto de carbono (CCL4).

a) Cimentos Asfálticos (CAP)

b) Asfaltos Diluídos (AD)

c) Emulsões Asfálticas (EA)

d) Asfaltos Modificados (Asfaltos Polímeros)

a) Asfaltos Oxidados ou Soprados

• Asfaltos naturais: Ocorrem em depressões da crosta terrestre, constituindo lagos de asfalto (Trinidad e Bermudas). Possuem de 60 a 80% de betume.
• Rochas asfálticas: O asfalto aparece impregnando os poros de algumas rochas (Gilsonita) e também misturado com impurezas minerais (areias e argilas) em quantidades variáveis. O xisto betuminoso pode ser citado como exemplo de rocha asfáltica.
• Asfaltos de petróleo: Mais empregado e produzido, sendo isento de impurezas. Pode ser encontrado e produzido nos seguintes estados:

a) Sólido

b) Semi-sólido

c) Líquido: Asfalto dissolvido e Asfalto emulsificado

Alcatrão: Proveniente do refino do alcatrão bruto, que se origina da destilação dos carvões durante a fabricação de gás e coque. Estão em desuso no Brasil a mais de 25 anos.

Segundo LEITE (2003) o CAP é por definição um material Adesivo termoplástico, impermeável à água, viscoelástico e pouco reativo, ou seja:

• Termoplástico: possibilita manuseio a quente. Após resfriamento retorna a condição de viscoelasticidade.
• Impermeável: evita a penetração de água (chuva) na estrutura do pavimento, forçando o escoamento para os dispositivos de drenagem
• Viscoelástico: Combina o comportamento elástico (sob aplicação de carga curta) e o viscoso (sob longos tempos de aplicação de carga)
• Pouco reativo: Quimicamente, apenas o contato com o ar propicia oxidação lenta, mas que pode ser acelerado pelo aumento da temperatura

a) Composição química do CAP:

O CAP tem um número de átomos de carbono que varia de 24 a 150, com peso molecular de 300 a 2000, contendo teores significantes de heteroátomos (nitrogênio, oxigênio, enxofre, vanádio, níquel e ferro) que exercem papel importante. É constituído de compostos polares e polarizáveis (capazes de associação) e de compostos não polares (hidrocarbonetos aromáticos e saturados). Na figura seguinte pode-se ver a estrutura hipotética de uma molécula de asfalto (LEITE, 2003)

No fracionamento do CAP, encontramos 4 categorias principais:

• Hidrocarbonetos Saturados (S)
• Hidrocarbonetos Aromáticos (A)
• Resinas (R)
• Asfaltenos (A)

Os 3 primeiros são denominados de maltenos e sendo os 2 primeiros compostos “não polares” e os 2 últimos compostos polares e polatizáveis. Os asfaltenos são formados devido a associações intermoleculares e são responsáveis pelo comportamento reológico do CAP. Tem maior peso molecular e maior teor de heteroátomos. Sua estrutura é constituída de poliaromáticos, com encadeamento de hidrocarbonetos naftênicos condensados e cadeias curtas de saturados.

Os CAPs são sistemas coloidais constituídos por uma suspensão de micelas de asfaltenos, peptizadas pelas resinas num meio oleoso (óleos saturados e aromáticos) em equilíbrio. Na figura seguinte podemos ver a representação da estrutura coloidal do cimento asfáltico (LEITE, 2003)

Segundo LEITE (2003) este esquema conduz a formação de aglomerados, resultantes de associações intermoleculares dos compostos polares e polatizáveis, responsável pelo caráter Gel (mais consistente). As forças intermoleculares responsáveis por esta aglomeração são mais fracas que as ligações covalentes. Estas forças são oriundas de atração dipolo-dipolo induzidas pelos heteroátomos. A variação da temperatura pode modificar o equilíbrio acima alterando o comportamento viscoelástico.

a) Obtenção: 

Antigamente os asfaltos eram obtidos em lagos e poços de petróleo e com a evaporação das frações leves restava um material residual com características adequadas aos usos desejados. Atualmente a obtenção do asfalto é feita através de refinação (refinamento) do petróleo. A quantidade de asfalto contida num petróleo pode variar de 10 a 70%. O processo de refinamento depende do tipo e rendimento em asfalto que o mesmo apresenta.

Se o rendimento for alto, apenas é utilizada a destinação à vácuo. Se o rendimento em asfalto for médio, usa-se a destilação atmosférica e destilação à vácuo. Tendo um rendimento baixo em asfalto utilizam-se destilação atmosférica, destilação à vácuo e extração após o 2º estágio de destilação. O processo mais usado é o da destilação em duas etapas, que consiste numa separação física dos vários constituintes do petróleo pela diferença entre seus pontos de ebulição e de condensação. A seguir é mostrado um esquema do refino de asfalto proveniente de petróleos médios:

1. 1- Bombeamento do tanque, aquecimento, entrada na torre de destilação onde é parcialmente vaporizado.
2. As frações mais leves vaporizam e sobem na torre. No topo, após separação forma-se a gasolina e o gás liquefeito de petróleo (GLP). A queda de temperatura ao longo da torre provoca condensação, sendo retirados lateralmente, neste ponto, produtos especificados (querosene, óleo diesel).
3. As frações mais pesadas, ainda em estado líquido, vão para o fundo, sendo novamente aquecidas para entrada na torre de funcionamento à vácuo.
4. Na torre de destilação à vácuo a temperatura e o vácuo são controlados de modo a permitirem o ajuste da consistência desse resíduo, obtendo-se assim o asfalto.

A produção do CAP depende do tipo de petróleo. A composição do petróleo varia em relação aos teores de frações destiláveis e resíduo. Portanto a composição do CAP depende do tipo e processo de refino do petróleo e estes são de base naftênica e intermediária (LEITE, 2003).

• Base Naftênica: Alto teor de resíduo e destilação em 1 estágio. Ex.: Petróleos Venezuelanos (Boscan e Bachaquero) e o Brasileiro Fazenda Belém
• Intermediários: Destilação em 2 estágios: atmosférico e a vácuo. Ex.: Petróleo do Oriente Médio (Kwait, Kirkuk, Árabe pesado) e o Brasileiro Cabiúnas.

Para se produzir CAP pode ser utilizado um ou mais tipos de petróleo (mistura). Após a destilação, o resíduo pode ser misturado com outras correntes para acerto da consistência. Sendo pouco viscoso (mole) adicionam-se resíduos de desasfaltação ou faz-se sopragem. Para os muito viscosos (duros) misturam-se gasóleos pesados.

Os cimentos asfálticos de petróleo podem ser classificados segundo a viscosidade e a penetração. A viscosidade dinâmica ou absoluta indica a consistência do asfalto e a penetração indica a medida que uma agulha padronizada penetra em uma amostra em décimos de milímetro. No ensaio penetração se a agulha penetrar menos de 10 dmm o asfalto é considerado sólido. Se penetrar mais de 10 dmm é considerado semi-sólido. A Resolução ANP Nº 19, de 11 de julho de 2005 estabeleceu as novas Especificações Brasileiras dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) definindo que a classificação dos asfaltos se dará exclusivamente pela Penetração. Os quatro tipos disponíveis comercialmente são os seguintes:

CAP 30/45; CAP 50/70; CAP 85/100 e CAP 150/200

O par de vapores significa os limites inferior e superior permitidos para a Penetração, medida em décimos de milímetro. A antiga classificação por Viscosidade ficou suprimida a partir desta resolução. Os antigos asfaltos CAP 7; CAP 20 e CAP 40 passaram a ser denominados pelo parâmetro Penetração e não mais a Viscosidade.

c) Especificações:

A seguir são mostradas as especificações atuais para os cimentos asfálticos produzidos no Brasil segundo a classificação por penetração.

Especificações dos Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAP) Classificação por Penetração RESOLUÇÃO ANP Nº 19, de 11de julho de 2005

Observações:

d) Aplicações:

Deve ser livre de água, homogêneo em suas características e conhecer a curva viscosidade-temperatura. Para utilização em pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico deve-se usar: CAP 30/45, 50/70 e 85/100. Para tratamentos superficiais e macadame betuminoso deve-se usar CAP150/200.

e) Restrições:

Não podem ser usados acima de 177° C, para evitar possível craqueamento térmico do ligante. Também não devem ser aplicados em dias de chuva, em temperaturas inferiores a 10° C e sobre superfícies molhadas.

Asfaltos Diluídos:

Também conhecidos como Asfaltos Recortados ou “Cut Backs”. Resultam da diluição do cimento asfáltico por destilados leves de petróleo. Os diluentes funcionam como veículos proporcionando produtos menos viscosos que podem ser aplicados a temperaturas mais baixas que o CAP.

a) Obtenção:

Os asfaltos diluídos são obtidos por meio de um devido proporcionamento entre CAP e diluente, feita em um misturador específico, seguindo o seguinte esquema:

b) Classificação:

Os diluentes evaporam-se após a aplicação e o tempo necessário para evaporar chama-se “Cura”. De acordo com a cura, podem ser classificados em:

• CR -> Cura Rápida  -> Solvente: Gasolina
• CM -> Cura Média -> Solvente: Querosene
• CL -> Cura Lenta -> Solvente: Gasóleo (não se usa mais)

Cada categoria apresenta vários tipos com diferentes valores viscosidade cinemática, determinadas em função da quantidade de diluente:

CR-70; CR-250; CR-800; CR-3000

CM-30; CM-70; CM-250; CM-800; CM-3000

A quantidade média de CAP e diluente são as seguintes:

É um sistema constituído pela dispersão de uma fase asfáltica em uma fase aquosa (direta) ou de uma fase aquosa em uma fase asfáltica (inversa): CAP + Água + Agente Emulsivo.

a) Obtenção:

A emulsão asfáltica é conseguida mediante a colocação de CAP + Água + Agente Emulsivo (Emulsificante ou Emulsificador) em um moinho coloidal, onde é conseguida a dispersão da fase asfáltica na fase aquosa através da aplicação de energia mecânica (trituração do CAP) e Térmica (aquecimento do CAP para torná-lo fluido). O esquema de produção é mostrado na figura a seguir.

O agente emulsificante tem a função de diminuir a tensão interfacial entre as fases asfáltica e aquosa, evitando que ocorra a decantação do asfalto na água. A quantidade de emulsificante varia de 0,2 a 1%. Os agentes geralmente utilizados são o Sal de Amina, Silicatos Solúveis ou não Solúveis, Sabões e Óleos Vegetais Sulfonados e Argila Coloidal. A quantidade de asfalto é da ordem de 60 a 70% e o tamanho das partículas de asfalto dispersas varia de 1 a 10 micras.

b) Classificação:

As emulsões aniônicas são aquelas que apresentam moléculas eletronegativamente carregadas e as catiônicas apresentam moléculas eletropositivamente carregadas. A ruptura das emulsões ocorre quando são colocadas em contato com agregados e o equilíbrio que mantinha os glóbulos do asfalto em suspensão na água é rompido. A água evapora e o asfalto flocula se fixando no agregado. A cor das emulsões antes da ruptura é marrom, tornando-se depois preta.

O tempo de ruptura depende da quantidade e tipo de agente emulsivo. As emulsões asfálticas normalmente utilizadas em pavimentação são as catiônicas diretas, sendo classificadas quanto a utilização em: RR-1C; RR-2C; RM-1C; RM-2C; RL-1C; LA-1C; LA-2C Esta classificação depende da viscosidade Saybolt Furol, teor de solvente, desemulsibilidade e resíduo de destilação.

São obtidos a partir da dispersão do CAP com polímero, em unidade apropriada. Os polímeros mais utilizados são: SBS (Copolímero de Estireno Butadieno); SBR (Borracha de Butadieno Estireno); EVA (Copolímero de Etileno Acetato de Vinila); EPDM (Tetrapolímero Etileno Propileno Diesso); APP (Polipropileno Atático); Polipropileno; Borracha vulcanizada; Resinas; Epóx; Poliuretanas; etc. Os polímeros aceleram o comportamento reológico do asfalto conferindo elasticidade e melhorando suas propriedades mecânicas. Suas principais vantagens:

• Diminuição da suscetibilidade térmica
• Melhor característica adesiva e coesiva
• Maior resistência ao envelhecimento
• Elevação do ponto de amolecimento
• Alta elasticidade
• Maior resistência à deformação permanente
• Melhores características de fadiga

Devido a estas vantagens, tem sido muito utilizado em serviços de impermeabilização e pavimentação.

São asfaltos aquecidos e submetidos a ação de uma corrente de ar com o objetivo de modificar suas características normais, a fim de adaptá-los para aplicações especiais. São usados geralmente para fins industriais como impermeabilizantes.

a) Aglutinadora: Proporciona íntima ligação entre agregados, resistindo à ação mecânica de desagregação produzida pelas cargas dos veículos.

b) Impermeabilizadora: Garante ao revestimento vedação eficaz contra penetração da água proveniente da precipitação.

c) Flexibilidade: Permite ao revestimento sua acomodação sem fissuramento a eventuais recalques das camadas subjacentes do pavimento.

Imprimação:

Também chamada de Imprimadura ou Prime-Coat. Consiste na aplicação de uma camada de material asfáltico sobre a superfície de uma base concluída, antes da execução de um revestimento asfáltico qualquer. (DNER - ESP.14/71).

a) Funções da imprimação:

1. Promover condições de ligação e aderência entre a base e o revestimento.
2. Impermeabilização da base.
3. Aumentar a coesão da superfície da base pela penetração do material asfáltico (de 0,5 a 1,0cm).

b) Tipos de asfaltos utilizados na imprimação:

São utilizados asfaltos diluídos de baixa viscosidade, afim de permitir a penetração do ligante nos vazios da base. São indicados os asfaltos diluídos tipo CM-30 e CM-70.

c) Execução da imprimação:

Varredura da pista:

 São utilizadas vassouras mecânicas rotativas ou vassouras comuns , quando a operação é feita normalmente, com finalidade de fazer a limpeza da pista retirando os materiais finos que ocupam os vazios do solo. Também pode ser usado o jato de ar comprimido. Quando a base estiver muito seca e poeirenta pode-se umedecer ligeiramente antes da distribuição do ligante.

Aplicação do asfalto:

Feita por meio do caminhão espargidor de asfalto (figura 36), que é um caminhão tanque equipado com barra espargidora e caneta distribuidora, bomba reguladora de pressão, tacômetro e conta giro da bamba de ligante. A quantidade de material aplicado é da ordem de 0,7 a 1,0 l/m2 . A temperatura de aplicação do material betuminoso é fixada para cada tipo de ligante em função da viscosidade desejada. As faixas de viscosidade recomendadas são de 20 a 60 segundos Saybolt Furol.

Deve-se evitar a formação de poças de ligantes na superfície da base pois o excesso de ligante retardará a cura do asfalto prejudicando ao revestimento. Nos locais onde houver falha de imprimação o revestimento tenderá a se deslocar. O complemento dos trechos onde ocorreram falhas é feito pela caneta distribuidora. Antes do início da distribuição do material betuminoso os bicos devem ser checados e verificar se todos estão abertos e funcionando.

Controles de execução:

O controle de quantidade de ligante aplicada é uma atividade de muita importância, pois a quantidade requerida de ligante é atingida através da compatibilização entre a velocidade do caminhão e a velocidade da bomba para se espargir o asfalto. O controle de quantidade aplicada na pista é feita de 2 maneiras.

1ª) Controle com régua: Mede-se através de uma régua graduada colocada dentro do tanque de asfalto a quantidade gasta de ligante para executar um determinado trecho, obtendo-se a taxa em litros em l/m2 .

2ª) Controle da bandeja ou folha de papel: Coloca-se uma bandeja ou folha de papel (área conhecida) sobre a superfície a ser imprimada. Após a passagem do espargidor recolhe-se a bandeja (ou papel) e determina-se a quantidade de ligante distribuída através da diferença de peso antes e depois da passagem do caminhão.

O controle da uniformidade da distribuição é um controle visual onde é observado se não houve nenhuma falha na distribuição do ligante detectando pontos onde houve excesso ou falta de ligante na superfície. O excesso deve ser eliminado através do recolhimento e as falhas devem ser preenchidas através da caneta distribuidora ou “regador”.

Pintura de ligação:

Também chamada de Tack-Coat. Consiste na aplicação de uma camada de material asfáltico sobre a base ou revestimento antigo com a finalidade precípua de promover sua ligação com a camada sobrejacente a ser executada.

a) Tipos de asfaltos utilizados na pintura de ligação:

Emulsões asfálticas dos tipos:

• Ruptura rápida: RR-1C e RR-2C
• Ruptura média: RM-1C e Rm-2C

Asfaltos diluídos:

• CR-70 (exceto para superfícies betuminosas)

b) Execução da pintura de ligação:

Varredura da pista: idem imprimação

Aplicação do asfalto: Também é feita pelo caminhão espargidor. A quantidade de material aplicado é da ordem de 0,5 l/m2 . A temperatura de aplicação é função da viscosidade desejada e deve permitir a formação de uma película extremamente delgada acima da camada a ser recoberta. As faixas de viscosidade recomendadas são as seguintes:

• Para asfalto diluído : 20 a 60 segundos saybolt-furol.
• Para emulsões : 25 a 100 segundos saybolt-furol.

O excesso de ligante pode atuar como lubrificante ocasionando ondulações do revestimento a ser colocado.

Controles de execução:

• Controle da quantidade: Pelo processo da régua ou bandeja (idem imprimação)
• Controle da uniformidade: (idem imprimação).