Asfalto

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA – UFPB CENTRO DE TECNOLOGIA – CT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO I Prof. Belarmino B. Lira ASFALTO SUMÁRIO 1.0 Origem do alfalto – O Petróleo...........................................................................3 1.1 História do Petróleo.........................................................................................4 1.2 Petróleo no Brasil.............................................................................................5 1.3 Tecnologia de exploração 1.3.1 Introdução.................................................................................................6 1.3.2 Prospecção...............................................................................................6 1.4 Tipos de petróleo.............................................................................................7 2.0 Residuos e meio ambiente.................................................................................8 2.1 Reservas mundiais..........................................................................................9 3.0 Refino do petróleo 3.1 História do refino no Brasil.............................................................................10 3.2 Refinação.......................................................................................................10 3.2.1 Esquema dos processos de refinação de derivados de petróleo............12 3.3 Distribuição....................................................................................................13 4.0 O Asfalto 4.1 Definição.......................................................................................................13 4.2 Produtos aplicados a quente........................................................................14 4.3 Produtos aplicados a frio..............................................................................16 4.4 Produtos especiais para pavimentos............................................................17 5.0 Normalização 5.1 Definição ......................................................................................................18 5.2 Algumas Normas referentes ao asfalto.........................................................19 5.3 Algumas normas para agregados segundo o DNIT......................................20 6.0 Aplicações e especificações 6.1 Aplicações.....................................................................................................21 6.2 Especificações..............................................................................................22 7.0 Bibliografia........................................................................................................23 1.0 ORIGEM DO ASFALTO – O PETRÓLEO O petróleo é considerado uma fonte de energia não renovável, de origem fóssil e é matéria prima da indústria petrolífera e petroquímica. O petróleo bruto possui em sua composição uma cadeia de hidrocarbonetos, cujas frações leves formam os gases e as frações pesadas o óleo cru. A distribuição destes percentuais de hidrocarbonetos é que define os diversos tipos de petróleo existentes no mundo. Na natureza quando encontrado está nos poros das rochas, chamadas de rochas reservatórios, cuja permeabilidade irá permitir a sua produção. Permeabilidade e porosidade são duas propriedades características de rochas sedimentares, motivo pelo qual as bacias sedimentares são os principais locais de ocorrência. Porosidade é uma característica física, definida como o percentual entre volume vazio e o volume total das rochas. Permeabilidade é a característica física relacionada com a intercomunicação entre os espaços vazios, e permite que ocorra a vazão de fluidos no meio poroso. Na natureza as rochas sedimentares são as mais porosas, e quando possuem permeabilidade elevada, formam o par ideal para a ocorrência de reservatórios de petróleo economicamente exploráveis. O Petróleo por possuir uma densidade média de 0,8 Kg/m3, inferior a das rochas que constituem o subsolo, tende a migrar para a superfície provocando os clássicos casos de exudações (os egípicios utilizaram esse óleo como fonte de energia, como remédio e matéria prima para os processos de embalsamento). Se no caminho para a superfície encontra uma estrutura impermeável (armadilha), que faça o seu confinamento e impeça a sua migração, acaba formando um reservatório de petróleo. Vale salientar que esse processo ocorre lentamente (alguns milhares de anos), e gota a gota. Essas armadilhas impermeáveis são estruturas de grande proporção, que podem ser anticlinais, falhas geológicas, derrame de basalto ou domos de sais, identificados por estudos sísmicos e geológicos, mas o mais importante é observar que devem existir várias camadas de solo, outro motivo pelo qual o petróleo é mais facilmente encontrado em bacias sedimentares. A origem do petróleo é bastante polêmica, existindo teorias orgânicas e inorgânicas. As mais curiosas delas são a da formação principalmente pela decomposição da matéria orgânica do plâncton marinho, sobretudo o remanescente das plantas marinhas (fitoplâncton transformado em sedimentos no momento da deposição), e a da inversão da atmosfera da terra originalmente composta por gás carbônico (CO2), que explicaria o volume de petróleo existente no subsolo da terra. Existem reservatórios de petróleo em diversas profundidades e os mais rasos (- 10 m que podem ser explorados por mineração) são os mais pastosos e com predominância na composição com hidrocarbonetos de cadeias carbônicas pesadas (graxas), e os mais leves em grandes profundidades (na faixa de - 2.500 m a - 5.000 m). O petróleo ocorre em muitas partes do mundo: extensos depósitos têm sido encontrados no golfo Pérsico, nos Estados Unidos, no Canadá, na Rússia (nos Urais e na Sibéria ocidental), na Líbia, no delta do rio Níger, na Venezuela, no golfo do México e no mar do Norte. 2 O Petróleo existe na Terra nos estados sólido, líquido e gasoso — mas só o líquido tem merecido o direito ao uso do nome e o reconhecimento como grande benfeitor da humanidade (embora o gás já esteja ameaçando tomar-lhe a dianteira). Era conhecido e usado pelos povos mais antigos, sobretudo na forma de betume, que servia para muitas coisas, entre as quais construir estradas e calafetar embarcações. 1.1 História do Petróleo A moderna indústria petrolífera data de meados do século XIX. Em 1850, na Escócia, James Young descobriu que o petróleo podia ser extraído do carvão e do xisto betuminoso, e criou processos de refinação. Em agosto de 1859 o americano Edwin Laurentine Drake perfurou o primeiro poço para a procura do petróleo, na Pensilvânia. O poço revelou-se produtor e a data passou a ser considerada a do nascimento da moderna indústria petrolífera. A produção de óleo cru nos Estados Unidos, de dois mil barris em 1859, aumentou para aproximadamente três milhões em 1863, e para dez milhões de barris em 1874. Até o final do século XIX, os Estados Unidos dominaram praticamente sozinhos o comércio mundial de petróleo, devido em grande parte à atuação do empresário John D. Rockefeller. A supremacia americana só era ameaçada, nas últimas décadas do século XIX, pela produção de óleo nas jazidas do Cáucaso, exploradas pelo grupo Nobel, com capital russo e sueco. Em 1901 uma área de poucos quilômetros quadrados na península de Apsheron, junto ao mar Cáspio, produziu 11,7 milhões de toneladas, no mesmo ano em que os Estados Unidos registravam uma produção de 9,5 milhões de toneladas. O resto do mundo produziu, ao todo, 1,7 milhão de toneladas. Outra empresa, a Royal Dutch-Shell Group, de capital anglo-holandês e apoiada pelo governo britânico, expandiu-se rapidamente no início do século XX, e passou a controlar a maior parte das reservas conhecidas do Oriente Médio. Mais tarde, a empresa passou a investir na Califórnia e no México, e entrou na Venezuela. Paralelamente, companhias européias realizaram intensas pesquisas em todo o Oriente Médio, e a comprovação de que essa região dispunha de cerca de setenta por cento das reservas mundiais provocou uma reviravolta em todos os planos de exploração. A primeira guerra mundial pôs em evidência a importância estratégica do petróleo. Pela primeira vez foi usado o submarino com motor diesel, e o avião surgiu como nova arma. A transformação do petróleo em material de guerra e o uso generalizado de seus derivados -- era a época em que a indústria automobilística começava a ganhar corpo - fizeram com que o controle do suprimento se tornasse questão de interesse nacional. O governo americano passou a incentivar empresas do país a operarem no exterior. Em setembro de 1960, por iniciativa dos grandes produtores do Oriente Médio (Arábia Saudita, Irã, Iraque e Kuwait) e da Venezuela, foi fundada a Organização dos Países Exportadores de Petróleo (OPEP). Em 1973, após a quarta guerra entre árabes e israelenses, os países exportadores de petróleo decidiram tomar algumas medidas -3 como reduzir quotas de produção, embargar exportações para os Estados Unidos e alguns países da Europa, triplicar os preços do óleo cru -- o que causou uma crise mundial e mostrou claramente o quanto o Ocidente dependia do petróleo dos países árabes. Desde então, os aumentos sucessivos de preços determinados pela OPEP levaram os países importadores a uma revisão de sua política energética, com controle rigoroso do consumo, utilização de fontes de energia alternativa e, quando possível, como no caso do Brasil, incremento da exploração de suas jazidas. 1.2 Petróleo no Brasil A primeira referência à pesquisa do petróleo no Brasil remonta ao final do século XIX. Entre 1892 e 1896, Eugênio Ferreira de Camargo instalou por conta própria, em Bofete SP, uma sonda junto ao afloramento de uma rocha betuminosa. O furo atingiu mais de 400m, mas o poço encontrou apenas água sulfurosa. Foi somente em janeiro de 1939 que se revelou a existência de petróleo no solo brasileiro, no poço de Lobato BA, perfurado pelo Departamento Nacional de Produção Mineral, órgão do governo federal. O poço de Lobato produziu 2.089 barris de óleo em 1940. Em outubro de 1953 instituiu-se o monopólio estatal da pesquisa, lavra, refinação, transporte e importação do óleo no Brasil, pela Petrobrás (Petróleo Brasileiro S.A.), sob a orientação e a fiscalização do Conselho Nacional de Petróleo (CNP). Na década de 1970, intensificou-se a exploração de bacias submersas. A identificação de petróleo na bacia de Campos, litoral do Rio de Janeiro, duplicou as reservas brasileiras. Mais de vinte campos de pequeno e médio portes foram encontrados mais tarde no litoral do Rio Grande do Norte, Ceará, Bahia, Alagoas e Sergipe. Em 1981, pela primeira vez, a produção dos campos submarinos ultrapassou a dos campos em terra. No início da década de 1980, o Brasil era, depois dos Estados Unidos, o país que mais perfurava no mar, mas, no final do século, ainda precisava importar quase a metade do petróleo que consumia, apesar de suas reservas provadas de aproximadamente 3,8 bilhões de barris (0,2% das reservas internacionais). 1.3 Tecnologia de exploração 1.3.1 Introdução As características físicas e químicas do óleo cru, juntamente com a localização e a extensão das jazidas, são os principais fatores na determinação de seu valor como matéria-prima. O petróleo jaz oculto no fundo da terra, e nenhuma de suas propriedades físicas ou químicas permite detectá-lo com certeza da superfície. Técnicas geológicas, geofísicas e geoquímicas desenvolvidas para a exploração não fornecem prognósticos precisos sobre a existência de petróleo em determinada área e, quando muito, dão uma indicação de boas possibilidades de encontrá-lo. 4 Até o início do século XX, a exploração consistiu em detectar indícios de petróleo na superfície terrestre. Perfuravam-se então poços em locais de exsudações e afloramentos, ou a sua volta. A prospecção científica desenvolveu-se no começo do século XX, quando os geólogos começaram a mapear as características terrestres indicadoras de sítios favoráveis à perfuração. 1.3.2 Prospecção A partir da década de 1950, a pesquisa do petróleo começou a ser feita com técnicas geofísicas -- gravimétricas, magnetométricas e sísmicas -- que permitem mapear as estruturas de subsuperfície. O gravímetro é um instrumento sensível que mede as variações da força de gravidade provocadas, entre outros fatores, pelas diferenças de densidade das rochas. Rochas densas, quando próximas da superfície, aumentam a atração da gravidade, o que não ocorre com as rochas sedimentares, que são porosas. A técnica magnetométrica utiliza as variações do campo magnético da Terra, causadas pela existência de corpos magnéticos sob a superfície. As rochas plutônicas, que em geral contêm mais magnetita, aumentam as leituras do magnetômetro e, assim, podese verificar a profundidade das rochas. Embora mais dispendiosos e complexos, os métodos sísmicos são mais precisos. Baseiam-se no fato de que ondas de choque provocadas por fontes artificiais de energia, descrevendo uma trajetória descendente, são refletidas ou refratadas pelas superfícies de contato entre as camadas. Ao retornarem à superfície, as ondas de choque são registradas por geofones (sensíveis aos ruídos subterrâneos), localizados em diferentes pontos das linhas que irradiam da fonte de energia. De acordo com o princípio de refração, as ondas de choque que atingem a superfície de contato ("horizonte") com pequeno grau de inclinação podem ser contidas e prosseguem ao longo da camada. Se a camada de rocha for particularmente densa, as ondas não serão completamente amortecidas e poderão ser observadas a vários quilômetros da fonte de energia. Métodos geoquímicos de superfície são utilizados na tentativa de descobrir a presença de acumulações de hidrocarbonetos em subsuperfície. Nesses métodos se usam análises geoquímicas a fim de detectar a presença de anomalias de hidrocarbonetos gasosos no solo, na água ou no ar. Também podem ser empregadas análises do solo a fim de localizar concentrações de bactérias que se alimentam de hidrocarbonetos gasosos provenientes das jazidas da profundidade. Apesar dessas modernas técnicas de exploração, o único meio de se ter certeza absoluta da existência de petróleo ainda é a perfuração. Por economia de tempo e de capital, costuma-se perfurar primeiro um poço para colher informações. Análises de fragmentos das rochas colhidas revelam características físicas e químicas e são examinados por paleontólogos, que estabelecem a correlação entre os horizontes geológicos, mediante a análise de microfósseis. 1.4 Tipos de Petróleo 5 O petróleo consiste basicamente em compostos de apenas dois elementos que, no entanto, formam grande variedade de complexas estruturas moleculares. Independentemente das variações físicas ou químicas, quase todos os petróleos variam de 82 a 87% de carbono em peso e 12 a 15% de hidrogênio. Os asfaltos mais viscosos geralmente variam de 80 a 85% de carbono e de 8 a 15% de hidrogênio. O óleo cru pode ser agrupado em três séries químicas básicas: parafínicas, naftênicas e aromáticas. A maioria dos óleos crus compõe-se de misturas dessas três séries em proporções variáveis, e amostras de petróleo retiradas de dois diferentes reservatórios não serão completamente idênticas. As séries parafínicas de hidrocarbonetos, também chamadas de série metano (CH4), compreendem os hidrocarbonetos mais comuns entre os óleos crus. É uma série saturada de cadeia aberta com a fórmula geral CnH2n+2, na qual C é o carbono, H é o hidrogênio e n um número inteiro. As parafinas, líquidas a temperatura normal e que entram em ebulição entre 40o e 200o C, são os constituintes principais da gasolina. Os resíduos obtidos pelo refino de parafinas de baixa densidade são ceras parafínicas plásticas e sólidas. A série naftênica, que tem fórmula geral CnH2n, é uma série cíclica saturada. Constitui uma parte importante de todos os produtos líquidos de refinaria, mas forma também a maioria dos resíduos complexos das faixas de pontos de ebulição mais elevados. Por essa razão, a série é geralmente de maior densidade. O resíduo do processo de refino é um asfalto, e os petróleos nos quais essa série predomina são chamados óleos de base asfáltica. A série aromática, de fórmula geral CnH2n-6, é uma série cíclica não-saturada. Seu membro mais comum, o benzeno (C6H6), está presente em todos os óleos crus, mas como uma série os aromáticos geralmente constituem somente uma pequena porcentagem da maioria dos óleos. Além desse número praticamente infinito de hidrocarbonetos que formam o óleo cru, geralmente estão presentes enxofre, nitrogênio e oxigênio em quantidades pequenas mas muito importantes. Muitos elementos metálicos são encontrados no óleo cru, inclusive a maioria daqueles encontrados na água do mar, como vanádio e níquel. O óleo cru pode também conter pequenas quantidades de restos de material orgânico, como fragmentos de esqueletos silicosos, madeira, esporos, resina, carvão e vários outros remanescentes de vida pretérita. 2.0 RESIDUOS E MEIO AMBIENTE O primeiro impacto da exploração do petróleo, ocorre quando do estudo sísmico. Esse estudo permite a identificação de estruturas do subsolo, e seu princípio tem como base à velocidade de propagação do som e suas reflexões nas diversas camadas do subsolo. Em terra os dados sísmicos são coletados por meio de uma rede de 6 microfones no solo, que receberão o retorno das ondas sonoras provocadas por explosões efetuadas na superfície. São abertas trilhas para a colocação dos microfones, instalados acampamentos e provocadas explosões para a emissão das ondas sonoras. No caso do mar, essas explosões são efetuadas em navios com canhões de ar comprimido, com o arraste de microfones na superfície da água. Junto com toda a produção de petróleo, existe uma produção de água, cuja quantidade dependerá das características dos mecanismos naturais ou artificiais de produção, e das características de composição das rochas reservatórios.Essa água produzida da rocha reservatório, é identificada pela sua salinidade e composição destes sais, normalmente sais de magnésio e estrôncio. Para manter as condições de pressão na rocha reservatório (fundamentais para a migração do petróleo para os poços, pode ser efetuada uma operação de injeção de água nas camadas inferiores da rocha reservatório, e ou gás nas camadas superiores). Para impedir a precipitação de sais nos poros das rochas no subsolo, muitas vezes são utilizados produtos químicos que são injetados no subsolo, o que implica na existência destes produtos nas localidades de produção, e seus cuidados relativos a sua presença no meio ambiente. Cuidados especiais devem ser tomados com o descarte destas águas produzidas. Durante a perfuração de poços de petróleo, usa-se um fluído de perfuração, cuja composição química induz a comportamentos físico químicos desejados, para permitir um equilíbrio entre as pressões das formações e a pressão dentro dos poços. Esse equilíbrio é fundamental impedindo que o fluído de perfuração invada a formação de petróleo danificando a capacidade produtiva do poço, bem como impedir que o reservatório de petróleo possa produzir de forma descontrolada para dentro do poço, provocando o que é chamado de kick de óleo ou gás. Para o controle destes fluídos de perfuração são usados aditivos a lama de perfuração, normalmente baritina e outras argilas. É de fundamental importância que esses fluídos e produtos sejam devidamente armazenados e manipulados, evitando com isso um impacto ecológico localizado. Também para análise das formações atravessadas pelo poço perfurado, utliza-se ferramentas de perfilagem radioativas e todo o cuidado tanto com os fluídos utilizados para amortecimento dos poços como com a manipulação, transporte e armazenagem dessas ferramentas, deve ser tomado. Das operações de tratamento do petróleo resultam resíduos oleosos que, mesmo em pequenas quantidades, recebem cuidados. Inovações tecnológicas vem permitindo a reutilização de efluentes líquidos resultantes das operações de produção. Os cuidados no refino, são muito importantes. As refinarias tem desenvolvido sistemas de tratamento para todos os efluentes. Chaminés, filtros e outros dispositivos evitam a emissão de gases, vapores e poeiras para a atmosfera; unidades de recuperação retiram o enxofre dos gases, cuja queima produziria dióxido de enxofre, um dos principais poluentes dos centros urbanos. 7 Os despejos líquidos são tratados por meio de processos físico-químicos e biológicos. Além de minimizar a geração de resíduos sólidos, as refinarias realizam coleta seletiva, que permite a reciclagem para utilização própria ou a venda a terceiros. O resíduo não-reciclado é tratado em unidades de recuperação de óleo e de biodegradação natural, onde micoorganismos dos solos degradam os resíduos oleosos.Outros resíduos sólidos são enclausurados em aterros industriais constantemente controlados e monitorados. As refinarias vem sendo renovadas para processar petróleos brasileiros com baixo teor de enxofre, que dão origem a combustíveis menos poluentes. 2.1 Reservas mundiais Embora os derivados do petróleo sejam consumidos no mundo inteiro, o óleo cru só é produzido comercialmente num número relativamente diminuto de lugares, e muitas vezes em áreas de deserto, pântanos e plataformas submarinas. O volume total de petróleo ainda não descoberto em terra e na plataforma continental é desconhecido, mas a indústria petrolífera desenvolveu o conceito de "reserva provada" para designar o volume de óleo e gás que se sabe existir e cuja extração é compensadora, considerados os custos e os métodos conhecidos. Conforme relatório das Nações Unidas (Ocean Oil Weekly Report, de 7 de fevereiro de 1994), que toma como base a produção média de 1991, o estoque mundial de óleo estaria esgotado em 75 anos. Das reservas atuais, 65% estão no Oriente Médio. Segundo o relatório, o volume de óleo remanescente na Terra é de 1,65 trilhões de barris, constituídos de 976,5 bilhões de barris de óleo de reserva provada e de 674 bilhões de barris de óleo. (O barril, medida habitual dos óleos, contém 159 litros. A densidade do petróleo é variável, com valor médio de 0,81, o que significa 129 quilos por barril. Um metro cúbico contém 6,3 barris, e uma tonelada, 7,5 barris). 3.0 REFINO DO PETRÓLEO 3.1 História do refino no Brasil O refino de petróleo no Brasil começou em 1932, ao ser instalada a Destilaria SulRiograndense em Uruguaiana RS, com capacidade de 25m3. Em 1936 inauguraram-se duas outras refinarias: a de São Paulo, com capacidade de oitenta metros cúbicos, e a de Rio Grande RS, capaz de produzir o dobro. Em 1959, o CNP instalou em Mataripe BA a Refinaria Nacional de Petróleo, mais tarde denominada Refinaria Landulfo Alves. Na década de 1990 a Petrobrás contava com uma fábrica de asfalto, em Fortaleza CE, e dez refinarias: Refinaria de Manaus (Reman); de Paulínia (Repkan); Presidente Bernardes (RPBC); Henrique Lage (Revap); Presidente Getúlio Vargas (Repar); Alberto Pasqualini (Refap); Duque de Caxias (Reduc); Gabriel Passos (Regap); Landulfo Alves 8 (RLAM); e Capuava (Recap). Em meados da década de 1990, o Brasil produzia cerca de 750.000 barris de petróleo por dia, com a possibilidade de aumento gradativo desse número, com a exploração de campos gigantes da bacia de Campos. 3.2 Refinação A função das refinarias consiste em dividir o óleo cru em frações (grupos) delimitadas pelo ponto de ebulição de seus componentes, e em seguida reduzir essas frações a seus diversos produtos. Quando possível, os processos de refinação são adaptados à demanda dos consumidores. Na refinaria, o óleo cru e os produtos semifinais e finais são continuamente aquecidos, resfriados, postos em contato com matérias não-orgânicas, vaporizados, condensados, agitados, destilados sob pressão e submetidos à polimerização (união de várias moléculas idênticas para formar uma nova molécula mais pesada) sem intervenção humana. Os processos de refino podem ser divididos em três classes: separação física, alteração química e purificação. Separação física A destilação, a extração de solventes, a cristalização por resfriamento, a filtração e a absorção estão compreendidas nos processos de separação física. A destilação é realizada em estruturas altas e cilíndricas chamadas torres. Depois de bombeado para os tubos de um alambique, onde é aquecido até vaporizar-se (exceto em sua porção mais pesada), o óleo cru é dispersado para uma coluna de destilação de um vaporizador localizado acima da base. Um gradiente térmico é estabelecido através da torre, de tal modo que a temperatura é mais alta na base e mais baixa no topo. Os vapores ascendentes condensam-se à medida que sobem pela torre, e os líquidos condensados juntam-se a espaços predeterminados, de onde são recolhidos. Os componentes cujo ponto de ebulição é semelhante ao da gasolina condensam-se quase no topo da torre; o querosene, logo abaixo; o óleo diesel, no meio da coluna; o resíduo, na base. Cada um desses fluxos passa então a novo estágio de processamento. Por redestilação a vácuo, o resíduo é dividido em óleos lubrificantes leves ou pesados e em combustível residual ou material asfáltico. Alteração química Os processos dessa classe de refino podem ter um dos seguintes objetivos: decompor, ou craquear (do inglês to crack, quebrar), grandes moléculas de hidrocarbonetos em outras menores; polimerizar ou unir pequenas moléculas de uma substância para formar outras maiores; e reorganizar a estrutura molecular. O craqueamento do óleo cru é historicamente o mais importante. No século XIX era utilizado para duplicar a quantidade de querosene que se extraía do petróleo. Com o advento do automóvel, aumentou a demanda da gasolina, e o craqueamento passou a 9 ser usado como meio de elevar a produção desse combustível. Pelo processo de Burton, aquece-se a matéria-prima a cerca de 500o C sob pressão e obtém-se gasolina. Descobriu-se depois que a gasolina assim obtida era de melhor qualidade. A seguir foi descoberto o craqueamento catalítico, pelo qual catalisadores como a alumina, a bentonita e a sílica facilitam o rompimento das moléculas. 3.2.1 Esquema dos processos de refinação de derivados de petróleo A polimerização é o contrário do craqueamento. Consiste na combinação de moléculas menores em moléculas de hidrocarbonetos mais pesados, visando sobretudo à obtenção de gasolina. O primeiro processo de polimerização utilizava como matériasprimas hidrocarbonetos gasosos não-saturados, principalmente o propileno e o butileno. Outro processo de polimerização, a alquilação, combina essas duas matérias- 10 primas com o isobutano, hidrocarboneto gasoso saturado. A alquilação contribuiu grandemente para a produção de gasolina para aviação. O terceiro tipo de processo químico é aquele que altera a estrutura das moléculas de hidrocarbonetos, a fim de aumentar o poder de combustão do produto. Em meados do século XX, as pesquisas orientaram-se, principalmente nos Estados Unidos, para apurar a qualidade da gasolina, o que foi conseguido não só com o desenvolvimento de novos processos de refinação, mas também com a introdução de um aditivo, o chumbo tetraetila. Mais tarde, porém, os compostos de chumbo foram retirados da mistura em muitos países por serem altamente poluentes. Purificação A terceira classe de processos de refinação compreende aqueles que purificam os produtos. Há no óleo cru muitos elementos não hidrocarbonados, principalmente enxofre, que lhe conferem propriedades indesejáveis. Vários processos foram criados para neutralizá-los ou removê-los. Por meio da hidrogenação -- processo desenvolvido por técnicos alemães para a transformação do carvão em gasolina -- as frações do petróleo são submetidas a altas pressões de hidrogênio e a temperaturas entre 26o e 538o C, em presença de catalisadores. 3.3 Distribuição A maioria dos produtos derivados do petróleo é constituída de líquidos, na maior parte das condições estáveis, que podem ser acondicionados em tanques e bombeados de um lugar para outro. Os produtos que apresentam maiores dificuldades de manuseio são os que se encontram nas extremidades da escala de ponto de ebulição: gases, graxas, combustíveis pesados, parafinas e asfaltos. O gás liquefeito de petróleo (GLP) tem de ser armazenado e transportado sob pressão e normalmente distribuído ao consumidor em cilindros. Graxas e alguns óleos lubrificantes são acondicionados em barris e latas. Combustíveis pesados e asfaltos, que se solidificam à temperatura ambiente, têm de ser armazenados e distribuídos em recipientes aquecidos ou isolados. 4.0 O ASFALTO 4.1 Definição Definimos asfalto como sendo um produto orgânico composto por hidrocarbonetos pesados, fuel oil, graxas, carvão e petrolato, oriundos de resíduos da destilação fracionada do petróleo. Encontrado livre na natureza, em afloramentos naturais, como por exemplo, o "Asfalto de Trinidad" (obtido no lago de mesmo nome), puros ou misturados em minerais e outras substâncias; ou ainda, impregnado em estruturas porosas denominadas de rochas asfálticas. Genericamente, podemos dizer tratar-se de 11 material composto de hidrocarbonetos não voláteis, possuidor de uma elevada massa molecular com propriedades que variam dependendo da origem do petróleo e do processo de sua obtenção. No Brasil, o principal processo para refino é da destilação a vácuo e, em menor proporção, o de desfaltação por solvente. É do resíduo desses dois processos que se obtém o C.A.P. (Cimento Asfáltico de Petróleo) tendo como característica física se encontrar no estado semi-sólido ou sólido (dependendo da temperatura ambiente), com cor variando do negro até o pardo. Trata-se de material termosensível e viscoelástico totalmente isento de impurezas, solúvel em bissulfeto e tetracloreto de carbono, possuidor de propriedades aglutinantes e impermeabilizantes com características de flexibilidade, durabilidade e alta resistência à ação da maioria dos ácidos, sais e alcalis. Asfaltos são materiais aglutinantes, de cor escura, sólidos, semi-sólidos ou líquidos obtidos por um processo de destilação. A Petrobras comercializa estes através de distribuidoras e uma margem pequena para clientes finais. Os produtos asfálticos são: 1. Cimento Asfáltico de Petróleo (CAP): uso direto na construção de revestimentos asfálticos. 2. Asfaltos Diluídos de Petróleo (ADP): também conhecido como asfaltos recortados ou "cut-backs". 3. Agente Rejuvenecedor: regenera o asfalto envelhecido e oxidado. 4. Emulsão Recicladora: permite reciclar até 100% das misturas envelhecidas fresadas. 5. Agente Antipó: aplicado em vias não pavimentadas, serve como impermeabilizante. 6. Tapa Buracos: ideal para reparo de pavimentos asfálticos no caso de pequenas obras urbanas de água, gás, esgoto e eletricidade. 7. Sela Trincas: preenche e impermeabiliza o vazio das trincas, evitando a entrada de água para o interior do asfalto. 4.2 Produtos aplicados a quente Cimentos Asfálticos de Petróleo (CAPs) Em suas aplicações, o CAP deve ser homogêneo e estar livre de água, e para que sua utilização seja adequada, recomenda-se o conhecimento prévio da curva de viscosidade/temperatura. O CAP é aplicado em misturas a quente, tais como pré-misturados, areia-asfalto e concreto asfáltico; recomenda-se o uso dos tipos 20 e 40, bem como os do tipo 30/45, 50/60 e 85/100, com teor de asfalto de acordo com o projeto respectivo. 12 O cimento asfáltico pode ser encontrado em diversos graus de viscosidade e penetração, de acordo com sua consistência. Os CAP's que são produzidos e comercializados no Brasil seguem a classificação por penetração e viscosidade. RLAM (Bahia) / ASFOR (Ceará): Classificação por penetração CAP CAP CAP 85/100 30/45 50/60 Penetração (100g, 5s, 25º) 30 a 45 50 a 60 85 a 100 Demais refinarias: Classificação por viscosidade CAP-7 CAP-20 CAP-40 Viscosidade a 60ºC (Poise) 700 a 2000 a 4000 a 1500 3500 8000 Agente melhorador de adesividade CAP-DOP O agente melhorador de adesividade CAP-DOP é um composto orgânico tensoativo derivado do óleo de xisto. Adicionado ao CAP em misturas asfálticas, ele tem a função de conferir a aderência do ligante às superfícies dos agregados que, por características mineralógicas, tenham deficiência de adesividade, além de permitir uma durabilidade maior da massa asfáltica devido à sua maior resitência à desagregação. O objetivo é garantir melhor desempenho do pavimento. Características do CAP-DOP Ensaio Aparência visual (aspecto a 25°C) PT de fulgor (°C) Viscosidade a 40°C (sSF) Densidade a 25°C (g/cm3) Adesividade (teste de fervura por um minuto) Resultado Líquido e sem grupos > 150 85 0,97 a 1,03 Cobertura > 90% Cap Fix Cimento asfáltico de petróleo aditivado com um composto tensoativo melhorador de adesividade derivado do óleo de xisto. Proporciona a aderência do ligante a todo tipo de agregado mineral, mesmo àqueles que por características mineralógicas poderiam apresentar problemas de adesividade. O CAPFIX obedece às mesmas especificações dos CAPs originais com relação às demais características. Sua utilização é recomendada para os mesmos serviços que o ligante convencional, ou seja, misturas a quente, pré-misturado a quente (PMQ), areia 13 asfalto e concreto betuminoso usinado a quente (CBUQ) e tratamentos superficiais por penetração direta ou invertida. Este CAP permite uma durabilidade maior do pavimento devido a sua maior resistência à desagregação; possibilita o uso de agregados de má adesividade; e dispensa o uso de agentes de adesividade, eliminando sua adição no canteiro de obras. CAP Plus 102 Asfalto modificado por uma substância natural hidrocarbonada, principalmente por asfaltenos e resinas com alto grau de aromaticidade. composto Características Ensaios Ponto de fulgor, ºC Penetração a 25ºC, 100g, 5s, dmm Viscosidade a 60ºC, P Viscosidade Brookfield a 135ºC, cP Ponto de amolecimento, ºC Efeito do calor e ar: Perda em massa, % p/p Dutilidade a 25ºC, cm Relação viscosidade a 60ºC após / antes do efeito do e ar (1) Métodos de Ensaio MB 50 ou ASTM D 92 MB 107 ou ASTM D 5 MB 827 ou ASTM D 2171 ASTM D 4402 MB 164 ou ASTM D 36 MB 425 ou ASTM D 1754 MB 167 ou ASTM D 113 MB calor827 ou ASTM D 2171 A utilização deste CAP reduz a formação de trilha da faixa de rodagem, melhora a adesividade ligante-agregado, reduz a susceptibilidade térmica e dá maior resistência às cargas. Estas melhorias não alteram, porém, a vida de fadiga. Asfalto-borracha O Asfalto-borracha é um asfalto modificado por borracha moída de pneus. Além de ser uma forma nobre de dar destino aos pneus inservíveis, resolvendo um grande problema ecológico, o uso de borracha moída de pneus no asfalto melhora em muito as propriedades e o desempenho do revestimento asfáltico. 4.3 Produtos aplicados a frio Emulsões asfálticas (EMA) Emulsão é definida como uma mistura heterogênea de dois ou mais líquidos, os quais normalmente não se dissolvem um no outro, mas, quando são mantidos em suspensão 14 por agitação ou, mais freqüentemente, por pequenas quantidades de substâncias conhecidas como emulsificantes, formam uma mistura estável. Emulsões asfálticas são dispersões de cimento asfáltico (CAP) em fase aquosa estabilizada com tensoativos. O tempo de ruptura depende, dentre outros fatores, da quantidade e do tipo do agente emulsificante e a viscosidade depende principalmente da qualidade do ligante residual. A quantidade de asfalto pode variar entre 60 a 70%. Asfaltos Diluídos de Petróleo (ADPs) Os asfaltos diluídos de petróleo (ADP) são produzidos a partir do CAP e diluentes adequados. São utilizados em pavimentação por penetração e aplicados em temperaturas mais baixas que as usualmente empregadas quando se usa CAP. Serviços típicos que utilizam ADP são macadames betuminosos, os tratamentos superficiais e alguns pré-misturados a frio, além da imprimação impermeabilizante. São classificados pelo Departamento Nacional de Combustível (DNC) de acordo com a velocidade de cura em três categorias: cura rápida, cura média e cura lenta, sendo que os ADPs desta última categoria não são produzidos no Brasil. Quanto à viscosidade, são subdivididos de acordo com as seguintes faixas: CR-30 CR-70 CR-250 CR-800 CR-3000 CR-30 CR-70 CR-250 CR-800 CR-3000 Asfaltos diluídos de cura rápida Viscosidade Cinemática Penetração no Resíduo, 0,1mm a 60ºC, cSt 30-60 80-120 70-140 80-120 250-500 80-120 800-1600 80-120 3000-6000 80-120 Asfaltos diluídos de cura média Viscosidade Cinemática Penetração no Resíduo, 0,1mm a 60ºC, cSt 30-60 150-250 70-140 150-250 250-500 150-250 800-1600 150-250 3000-6000 150-250 4.4 Produtos especiais para pavimento Agente anti-pó 15 O agente Antipó é um derivado de óleo de xisto com frações de material asfáltico, que adere firmemente ao solo formando uma camada impermeável. Indicado para vias não pavimentadas com baixo tráfego, em vários tipos de solo, o produto permite a eliminação de poeira, proveniente do deslocamento dos veículos, além de prevenir a ocorrência de lama e os danos provocados ao leito das vias em dias chuvosos. Antipó é sinônimo de desenvolvimento para os bairros periféricos, aparecendo como uma alternativa economicamente viável frente ao elevado custo da pavimentação asfáltica. Com a sua aplicação, a prefeitura reduz significativamente a manutenção das ruas não pavimentadas oferecendo à população maior dignidade. A aplicação é rápida, o produto tem boa durabilidade. É possível liberar o tráfego quatro horas após a aplicação do produto. Há que se ressaltar que a durabilidade deste revestimento depende diretamente do volume de tráfego e das condições da superfície a ser tratada e da qualidade da aplicação. Elastron Sistema de elastômero de poliuretano e asfalto para impermeabilização, revestimentos industriais, pisos e diversas outras aplicações. O sistema é constituído por dois componentes misturados e aplicados a frio: o PREMIX e o ATIVADOR. Um primer, aplicado antes do sistema Elastron, pode ser utilizado como agente de adesividade, o que garante uma excelente aderência aos mais diversos substratos. Apresentado em duas versões: TR e TX. 5.0 NORMALIZAÇÃO 5.1 Definição Atividade que estabelece, em relação a problemas existentes ou potenciais, prescrições destinadas à utilização comum e repetitiva com vistas à obtenção do grau ótimo de ordem em um dado contexto. Os Objetivos da Normalização são: Economia Proporcionar a redução da crescente variedade de produtos e procedimentos Comunicação Proporcionar meios mais eficientes na troca de informação entre o fabricante e o cliente, melhorando a confiabilidade das relações comerciais e de serviços Segurança Proteger a vida humana e a saúde Proteção do Consumidor Prover a sociedade de meios eficazes para aferir a qualidade dos produtos Eliminação de Evitar a existência de regulamentos conflitantes sobre produtos e 16 Barreiras Técnicas eserviços em diferentes países, facilitando assim, o intercâmbio Comerciais comercial Na prática, a Normalização está presente na fabricação dos produtos, na transferência de tecnologia, na melhoria da qualidade de vida através de normas relativas à saúde, à segurança e à preservação do meio ambiente. 5.2. Algumas Normas referentes ao asfalto Ponto de Amolecimento Aparelho (Anel e Bola) Código: VA-320 ABNT -MB-164 ASTM-D-36-AASHO T-53 Temperatura a qual uma amostra de asfalto contido em um anel de diâmetro fixo e sob uma esfera de densidade fixa escorrega completamente pela parte inferior do anel. Funcionamento: Manual; Combustível: A Gás; Acessórios: Anel com haste para duas provas, Esferas, Termômetro astm 15 cº e 16º c, Copo Becker 600 ou 1000ml, Tela de amianto 16 x 16 cm, Tampa de aço inox, Bico de Busen com registro, Suporte com haste 600 mm, Anel com mufa e Botija (liquinho) 2kg. com mangueira especial. Penetração de Materiais Betuminosos Penetrômetro Universal com Agulha Código: VA-610 DNER DPT - M 03.64 - ABNT MB 107 - ASTM DS - AASHO T - 49 Distancia percorrida em decímetro de milímetro por uma agulha de 100g, durante 05(cinco) segundos à temperatura de 25ºC. Funcionamento: Manual; Conjunto: Agulha para penetração, Cápsula de alumínio com tampa ø = 55 x 35 mm, Cápsula de alumínio ø = 80 x 90 mm e Cuba de transparência Ponto de Fulgor Aparelho para Determinação do Ponto de Fulgor (Vaso aberto de Cleveland) Elétrico. Código: VA-312 ABNT - MB - 50 - ASTM - D-92 - D-117 -D-803 AASHO - T-48 17 Determina a primeira temperatura em que os gases que emanam de uma amostra inflamam sob a ação de uma chama piloto,de movimento único, a cada 2ºC durante 5s de passagem da chama sobre a superfície da amostra. Funcionamento: Elétrico; Tensão: 110 ou 220 V; Conjunto: Vaso aberto de Bronze (Cleveland), Termômetro ASTM 11 - c - 6º a 400º c, Aplicador de chama em ensaio, Placa Aquecedora, Suporte para Vaso, Suporte com haste 600 mm e Botija (liquinho 2,0 kg). com Mangueira especial. Determinação da Viscosidade Viscosímetro Código: VA-130 ABNT MB-49 - ASTM-D 88.56 Determina o tempo em segundos que uma amostra de 60ml leva para escoar completamente à uma temperatura de 75ºC Funcionamento: Elétrico; Tensão: 110 ou 220 V; 02 Corpos de Prova, Simultâneos com Sistema controlador de Temperatura 300ºC 110/220 V; Acessórios: Chave de Bicos, Limpa tubos, Óleo Especial (Oil para Viscosimeter), Frasco de vidro viscosímetro 60 ml e Termômetro Mercúrio - 10 + 260º C Escala Interna. 5.3 Algumas normas para agregados segundo o DNIT Agregados minerais constituem um dos principais componentes da pavimentação rodoviária, tendo como principais finalidades manter a estabilidade mecânica dos revestimentos, suportar o peso do tráfego e, ao mesmo tempo, transmiti-lo às camadas inferiores com uma pressão unitária reduzida. A grande variedade de minerais em todo Brasil torna inviável uma padronização de utilização dos mesmos no pavimento. A pedra britada é o agregado mais importante para a construção de rodovias e sua utilização se dá nas diversas camadas da pavimentação. Geralmente utilizam-se britas de basalto, pois representam a maior parcela de minerais encontrados nas regiões mais pavimentadas do país (sul e sudeste). Entretanto, observa-se uma grande quantidade de pedreiras de gnaisse e calcário nas regiões sudeste e nordeste, fazendo com que os mesmos também sejam utilizados em pavimentação nas suas respectivas regiões. Já em regiões com carência de minerais, como é o caso do centro-oeste e norte, utiliza-se a argila calcinada. Dessa forma, pode-se verificar que diferentes minerais compõem as estradas brasileiras em cada região do país. Porém, independentemente do tipo de mineral, os mesmos devem estar enquadrados segundo as normas estabelecidas pelo DNIT, em termos de granulometria, forma, densidade, abrasão, entre outros. 18 Mistura Asfáltica Segundo as especificações brasileiras do Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás (IBP) e do DNIT, pode-se definir mistura asfáltica como a mistura entre uma quantidade pré-determinada de agregados minerais e CAP, que após sofrer compactação é aplicada em vias públicas e estradas. Problemas encontrados no Pavimento Asfáltico Apesar das usinas de asfalto seguirem as especificações determinadas pelo DNIT, tanto para agregados quanto para CAPs, observa-se uma grande quantidade de problemas no pavimento, como desprendimentos da camada mais externa, rachaduras, depressões e trincas. Esses problemas podem estar relacionados com a grande variedade de minerais e CAPs encontrados no Brasil e, principalmente, com a falta de estudos mais aprofundados no setor. 6.0 Aplicações e Especifícações Técnicas 6.1 Aplicações B-65/O-84 Caixas de bateria B-60/B-65 Papel Betumado B-60/B-65/O-115 Pavimento industrial (c/ agregado mineral) B-65 Colagem de tacos e parquet no assoalho B-60/O-84 Juntas de dilatação (blocos de concreto, paralelepípedos) B-75 Impermeabilizações de superfícies de concreto ou alvenaria em túneis/galerias B-75 Impermeabilização em áreas horizontais e verticais B-75 Colagem de pedriscos em tacos B-75/B-80/B-90/B-105 Fabricação de tintas e vernizes betuminosos B-75/B80 Isolante de cabos elétricos B-75/B-80 Enchimento de acumuladores elétricos B-80/O-140 Indústria de borracha B-90 Proteção interna de tanque de álcool e aguardente B-105/O-94 Estopim de explosivos B-105 Isolação de cartuchos de dinamite B-105 Fabricação de massas adesivas, underseal p/ veículos O-84 Impermeabilização de câmaras frigoríficas e geladeiras O-84/O-94 Impermeabilização de caixas d'água, lajes, e telhados planos Colagem de materiais anti-ruído e isolantes térmicos O-84/O-94 (cortiça /isopor) Selagem de acumuladores elétricos O-94 Selagem de caixas de baterias e pilhas O-94 Impermeabilização em ambientes de alta temperatura O-115 Fabricação de condensadores e reatores elétricos O-140 Isolante de equipamentos elétricos (reatores, para raios) O-140 Saturação de feltros e anti-ruídos p/ automóveis O-94 Vedação na indústria de refrigeração O-84 Fabricação de mantas O-94/O-115 19 6.2 Especificações técnicas Especificações Técnicas Ponto de Amolecimento Penetração Ponto de Fulgor Ductibilidade Solubilidade Perda p/ Aquecimento Peso específico Asfaltos Oxidados B-60 B-65 B-75 B-90 B-105 55/65 30/40 230 50 99,5 0,2 101/105 60/70 20/30 230 40 99,5 0,2 101/105 70/80 85/95 110/120 15/25 10/20 5/15 230 240 240 05 99,5 99,5 99,5 0,2 0,1 0,1 101/105 101/105 101/105 O-84 O-94 O-115 O-140 75/85 85/95 110/120 130/140 30/40 20/30 10/20 715 220 220 230 240 05 03 99,5 99,5 99,5 99,5 0,3 0,3 0,2 0,1 101105 101105 101/105 101/105 20 7.0 Bibliografia VIATEST – Solo, Concreto e Asfalto: catálogo . Acesso em 21 Set 2005. técnico. Disponível em: Ambiente Brasil: banco de dados. Disponível em: . Acesso em 21 Set 2005. Portal de Serviços e Informações do Governo: banco de dados. Disponível em: . Acesso em: 21 Set 2005. Portal Br: banco de dados, matérias. Disponível em: . Acesso em: 21 set 2005. Petrox: catálogos técnicos. Disponível em: . Acesso em: 21 Set 2005. 21 22