Esta dissertação apresenta uma avaliação da eficiência de um recapeamento constituído por mistura de asfalto-borracha (processo via-úmida), no retardamento de reflexão de trincas, através da técnica de ensaios acelerados. Para a realização do estudo foi construído um pavimento experimental com camada final de terraplenagem de argila arenosa de comportamento laterítico (50 cm), base de brita graduada (30 cm), camada de concreto asfáltico trincado (4 cm) e camada de recapeamento em asfalto-borracha (5 cm). O simulador de tráfego DAER/UFRGS aplicou aproximadamente 513.000 ciclos de carga de eixo de 100 kN. Ao longo do experimento o desempenho do pavimento foi acompanhado, com ênfase no surgimento de trincas. A evolução da condição estrutural do pavimento foi monitorada através das medidas de deflexões e dados de instrumentação (tensões e deformações). O registro da evolução da condição funcional do pavimento foi feito através do levantamento de afundamento de trilha de roda, e macro e micro textura. Com a finalidade de comparar o desempenho do recapeamento em asfalto-borracha com os de outros recapeamentos convencionais previamente ensaiados, desenvolveu-se um procedimento para correção de temperaturas. Constatou-se que o emprego de asfalto-borracha retardou em cinco vezes o surgimento de trincas. Assim, o nível de severidade do trincamento igual a 100 cm/m2 ocorreu no recapeamento em asfalto-borracha após 340.000 solicitações (100 kN), enquanto no recapeamento em asfalto convencional tal nível de severidade foi registrado com somente 66.000 solicitações da mesma carga de eixo. Globalmente, o recapeamento em asfalto-borracha conferiu ao pavimento melhores condições funcionais e estruturais, se comparado com um recapeamento convencional da mesma espessura, executado sobre um pavimento com níveis de degradação similares. / This research discusses the efficiency of asphalt-rubber overlays in cracks reflection delaying, based in APT data. In order to carry the study, a test section was built over a lateritic sandy clay subgrade. The pavement included a 30 cm thick granular base, a 4 cm thick cracked asphalt concrete and 5 cm thick asphalt-rubber overlay. A linear traffic simulator applied nearly 513,000 cycles of 100-kN axle load. During trafficking the pavement performance was followed, emphasis being given to cracking. The pavement structural condition was monitored by deflection measurements and instrumentation (stress and strain) data. Rut depths and pavement texture were measured as part of the functional evaluation. In order to compare the performance of the focused asphalt-rubber to those of conventional asphalt concrete overlays previously tested, a procedure to correct testing temperatures was developed. It was found out that cracks appeared in the asphalt-rubber overlay nearly 5 times later than in the AC conventional one. The same cracking severity index of 100 cm/m2 that occurred after 340,000 loading cycles in the asphalt-rubber overlay, was computed after just 66,000 cycles in the conventional AC overlay. All in all, the asphalt-rubber overlay provided the pavement better functional and structural conditions, than a conventional AC overlay with identical thickness would.

Asphalt binder modification is a common method of improving Hot-mix Asphalt (HMA) performance by enhancing mix properties and reducing or delaying three general HMA distress types: deformation (rutting and shoving), cracking (from repeated loads and low temperatures) and general deterioration (raveling and stripping). Since the early 1960’s, a common modified asphalt alternative has employed reclaimed rubber as an economical and environmental friendly method of recycling waste tires while improving asphalt physical and mechanical properties. Pavement network deterioration combined with increasing material costs makes polymer modification of asphalt binder desirable, with reclaimed rubber from waste tires being an attractive alternative which addresses performance, economics and environmental issues. The primary objective of this dissertation is to demonstrate the importance of proper processing of all types of modified bituminous binders, whether they be virgin (e.g. styrene-butadiene-styrene (SBS) or styrene-butadiene rubber (SBR)), post-consumer polymers (e.g. ground tire rubber (GTR)) or a combination (GTR plus SBS). To achieve this four secondary objectives were identified: 1) characterize GTR using thermo-gravimetric analysis (TGA), 2) improve processing of GTR modified binders, 3) improve testing and specifications of GTR modified binders and 4) evaluate mixes containing GTR modified binders. A simple efficient instrumental, TGA, method to analyze polymers in binary rubber compounds was developed to quantify the functional polymer content available in GTR. TGA analysis provides a better understanding of the general chemical characteristics of GTR used in modification of asphalt binders for production of asphalt paving mixtures. Results are presented from efforts to optimize GTR modified binder formulations with respect to how GTR loading, GTR particle size, processing temperature and asphalt cement source affect modified binder properties and ability to meet performance graded binder specifications. These results are the basis to establish recommended processing parameters for formulation and preparation of GTR modified asphalt binders. GTR modified binders were used in: dense graded asphalt (DGA), stone matrix asphalt (SMA) and open graded friction courses (OGFC) and compared to conventional asphalt cement and styrene-butadiene-styrene (SBS) modified asphalt binders. Mixture performance evaluation with respect to binder effectiveness as it relates to the three general HMA distress types.

Pesquisas sobre aplicação de borracha de pneus descartados em pavimentação asfáltica vêm sendo desenvolvidas desde a década de 1960, especialmente nos Estados Unidos e, desde o início da década de 1990, no Brasil, como alternativa para diminuição dos problemas ambientais gerados por estes resíduos sólidos. Esta pesquisa tem por objetivo avaliar o desempenho de três misturas asfálticas do tipo concreto asfáltico usinado à quente: duas empregando teores diferentes de borracha moída e óleo de xisto (CAP 40 + 12% de borracha + 10% de óleo de xisto e CAP 40 + 20% de borracha + 15% de óleo de xisto) e uma convencional. Este estudo faz parte de um programa de pesquisa coordenado pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP), Universidade Estadual de Maringá (UEM) e Petrobrás, envolvendo a execução de misturas com borracha e óleo de xisto em trechos experimentais. Foram realizadas dosagens Marshall e ensaios de resistência à tração, módulo de resiliência e fluência por compressão uniaxial estática. Os corpos-de-prova empregados nos ensaios foram moldados no teor ótimo de cimento asfáltico referente a cada uma das misturas. Constatou-se a viabilidade técnica da adição de óleo extensor para a incorporação de borracha de pneus descartados em concreto asfáltico, permitindo a obtenção de resultados satisfatórios quanto aos projetos de dosagem das misturas pelo método Marshall. Com base nos resultados dos ensaios realizados, acredita-se ser viável a execução de trechos experimentais empregando as duas misturas modificadas. / Researches on the application of discarded tires in asphaltic pavements has been developed since 1960, mainly in the United States and since the beginning of the 90\'s in Brazil, as an alternative to the reduction of environmental problems created by this kind of solid residues. The purpose of this research is to evaluate the performance of three hot mix asphalt concrete: two using different crumb rubber and shale oil contents (CAP 40 + 12% rubber + 10% shale oil and CAP 40 + 20% rubber + 15% shale oil) and a conventional hot mix asphalt concrete. The research is part of a major program coordinated by the Universidade de São Paulo (EESC-USP), Universidade Estadual de Maringá and Petrobras, comprehending the execution of asphaltic mixtures using tire rubber and shale oil in experimental road segments. The tests performed are: Marshall test, indirect tension, resilient modulus and static creep. The samples tested were compacted in the optimum binder content of each mixture. Good results obtained in tests confirrned the technical viability of using the shale oil as extender in crumb rubber asphalt hot mixtures. The results lead to the conclusion that experimental road sections or segments may be constructed with both tested rubber-oil modified asphalt mixtures.

Pesquisas sobre aplicação de borracha de pneus descartados em pavimentação asfáltica vêm sendo desenvolvidas desde a década de 1960, especialmente nos Estados Unidos e, desde o início da década de 1990, no Brasil, como alternativa para diminuição dos problemas ambientais gerados por estes resíduos sólidos. Esta pesquisa tem por objetivo avaliar o desempenho de três misturas asfálticas do tipo concreto asfáltico usinado à quente: duas empregando teores diferentes de borracha moída e óleo de xisto (CAP 40 + 12% de borracha + 10% de óleo de xisto e CAP 40 + 20% de borracha + 15% de óleo de xisto) e uma convencional. Este estudo faz parte de um programa de pesquisa coordenado pela Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP), Universidade Estadual de Maringá (UEM) e Petrobrás, envolvendo a execução de misturas com borracha e óleo de xisto em trechos experimentais. Foram realizadas dosagens Marshall e ensaios de resistência à tração, módulo de resiliência e fluência por compressão uniaxial estática. Os corpos-de-prova empregados nos ensaios foram moldados no teor ótimo de cimento asfáltico referente a cada uma das misturas. Constatou-se a viabilidade técnica da adição de óleo extensor para a incorporação de borracha de pneus descartados em concreto asfáltico, permitindo a obtenção de resultados satisfatórios quanto aos projetos de dosagem das misturas pelo método Marshall. Com base nos resultados dos ensaios realizados, acredita-se ser viável a execução de trechos experimentais empregando as duas misturas modificadas. / Researches on the application of discarded tires in asphaltic pavements has been developed since 1960, mainly in the United States and since the beginning of the 90\'s in Brazil, as an alternative to the reduction of environmental problems created by this kind of solid residues. The purpose of this research is to evaluate the performance of three hot mix asphalt concrete: two using different crumb rubber and shale oil contents (CAP 40 + 12% rubber + 10% shale oil and CAP 40 + 20% rubber + 15% shale oil) and a conventional hot mix asphalt concrete. The research is part of a major program coordinated by the Universidade de São Paulo (EESC-USP), Universidade Estadual de Maringá and Petrobras, comprehending the execution of asphaltic mixtures using tire rubber and shale oil in experimental road segments. The tests performed are: Marshall test, indirect tension, resilient modulus and static creep. The samples tested were compacted in the optimum binder content of each mixture. Good results obtained in tests confirrned the technical viability of using the shale oil as extender in crumb rubber asphalt hot mixtures. The results lead to the conclusion that experimental road sections or segments may be constructed with both tested rubber-oil modified asphalt mixtures.

Presented dissertation thesis is focused on the possibility of using the crumb rubber from waste tires for modification of paving grade bitumen. The resulting asphalt rubber can be used as an alternative to polymer modified bitumen in compacted bituminous mixtures. The theoretical part describes the rheological properties of asphalt binders and the history and today state of the art in the world and in the Czech Republic. The practical part of the work contains a description of the properties of chosen crumb rubbers and produced asphalt rubbers focused on their rheological properties and on change of these properties caused by the aging at high temperature. Subsequently, the chosen empirical and functional properties of bituminous mixtures with asphalt rubber are described. Laboratory properties of these mixtures were verified under real service conditions on 32 test sections. Based on the dissertation thesis results the preliminary technical specification of the Ministry of Transport (TP 148) and their following revision were approved. The conclusion of the work summarizes and highlights the results of the dissertation.

Ligante asfáltico e borracha moída de pneus são materiais, na maioria das vezes, de difícil compatibilização, exigindo a adição de produtos químicos que facilitem a dispersão e a incorporação da borracha, como, por exemplo, os óleos extensores. A presente pesquisa tem por objetivo verificar a hipótese de que o resíduo de óleo de xisto, por se tratar de um óleo aromático, presta-se bem como óleo extensor de borracha, permitindo, inclusive, a adição de teores de borracha maiores que os normalmente incorporados aos ligantes asfálticos na ausência de óleos extensores. A tentativa de verificação de tais hipóteses foi efetuada por meio de uma programação laboratorial dividida em duas etapas. A primeira englobou uma investigação sobre o efeito da borracha moída e do resíduo de óleo de xisto sobre características físicas de 27 ligantes asfálticos, a fim de modelar diversas propriedades reológicas desses materiais, tendo como variáveis previsoras as porcentagens de componentes e as variáveis de processo. Na segunda etapa, foram estudados 8 ligantes asfálticos, a fim de obter dados para a validação dos modelos definidos na primeira etapa e também para a modelagem de propriedades não contempladas na primeira fase. Em ambas as fases, o planejamento dos experimentos foi efetuado empregando a técnica estatística de experimentos com misturas. A caracterização física dos ligantes asfálticos foi efetuada por meio de ensaios tradicionais (ponto de amolecimento, penetração e resiliência) e da especificação Superpave (viscosidade aparente, balanço de massa, cisalhamento dinâmico e fluência na flexão), em ligantes virgens e submetidos às práticas de envelhecimento a curto e longo prazos indicadas pela especificação Superpave (RTFOT e PAV). Ensaios de estabilidade à estocagem também foram realizados. Há evidências de que o resíduo de óleo de xisto pode ser empregado como óleo extensor em ligantes asfalto borracha, porém a seleção das concentrações adequadas dos componentes (asfalto, borracha e resíduo de óleo de xisto) depende do monitoramento de propriedades reológicas nas temperaturas de ocorrência dos principais defeitos do pavimento na região de implantação da rodovia. / Asphalt binder and crumb rubber from discarded tires are materials that, most of time, are not compatible, requiring the addition of chemical products to facilitate the dispersion and incorporation of rubber particles as, for example, the extender oils. This research aims at evaluating the hypothesis that the shale-oil residue, once it is an aromatic oil, may be used as an extender oil for asphalt-rubber binders, allowing the incorporation of crumb-rubber proportions even higher than those usually added to asphalt binders without extender oils. The effort to verify these hypotheses was made by means of a laboratorial program divided in two steps. In the first step an investigation was carried out to assess the effects of crumb rubber and shale-oil residue on physical characteristics of twenty seven asphalt binders, in order to model rheological properties of these materials, using the component proportions and the process variables as predictor variables. In the second step, eight asphalt binders were studied, to obtain data to validate the original models and to model some properties that were not monitored in the first step. In both steps, the experiment was designed using the statistical technique of experiments with mixtures. The physical characterization of the asphalt binders was performed using traditional tests (softening point, penetration and resilience) and those of Superpave specification (apparent viscosity, mass loss, dynamic shear and flexural creep), with materials in three conditions: virgin, short-term aged (RTFOT) and long-term aged (PAV). Storage stability tests were also performed. There are evidences that the shale-oil residue can be used as an extender oil in asphalt-rubber binders, but the selection of the adequate concentrations of the components (asphalt, rubber and oil) depends on the measurement of rheological properties in the temperatures at which the main pavements distresses occurs in the place the road will be constructed.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / No Brasil, a produÃÃo anual declarada de resÃduos pneumÃticos à da ordem de 40 milhÃes de unidades, estimando um descarte de pelo menos 25 milhÃes de pneus por ano. Segundo estatÃstica da AssociaÃÃo Nacional da IndÃstria de PneumÃticos, 100 milhÃes de pneus inservÃveis estÃo espalhados pelo paÃs em aterros, terrenos baldios, rios e lagos, causando enormes problemas de ordem ambiental. Com a resoluÃÃo 258 do Conselho Nacional do Meio Ambiente, CONAMA, a reciclagem de pneus inservÃveis passou a ser obrigatÃria em 2005, sendo a proporÃÃo desta reciclagem de 120%, ou seja, a cada 4 pneus produzidos ou importados, 5 tem que ser reciclados, contribuindo, assim, para a eliminaÃÃo do passivo ambiental existente. A presente dissertaÃÃo trata de uma anÃlise quÃmica e reolÃgica de ligantes asfÃlticos modificados com borracha de pneu, com o intuito de melhorar o desempenho dos ligantes, quando aplicados nos revestimentos asfÃlticos, bem como minimizar o problema ambiental. Para modificar o ligante asfÃltico foi utilizado o processo Ãmido, sendo verificado o comportamento de diferentes teores de Ãleo aromÃtico (2,5; 4,5 e 6,0%) e a granulometria da borracha de pneu moÃdo (BPM 3) passando na peneira de N 80 (0,180mm) com teor de 20% em peso (p/p). Para efeito de comparaÃÃo foi analisada uma amostra comercial de asfalto-borracha. O estudo das amostras produzidas em laboratÃrio e comercial foi realizado em um reÃmetro de cisalhamento dinÃmico (DSR) e a caracterizaÃÃo quÃmica em um espectrÃmetro na regiÃo do infravermelho (FTIR). O Ãleo aromÃtico influenciou nas propriedades quÃmicas e reolÃgicas do ligante modificado em laboratÃrio, tendo em vista que os espectros na regiÃo do infravermelho apresentaram o aparecimento de novas bandas. A viscosidade diminui com a presenÃa do Ãleo e melhorou a trabalhabilidade do material. A regiÃo de viscoelasticidade linear foi maior para a amostra que continha 4,5 e 6,0% de Ãleo aromÃtico. Nas curvas mestras foi observado que a borracha pode diminuir trincamentos por fadiga em temperaturas intermediÃrias e proporcionaram um comportamento elÃstico superior ao das amostras de ligante asfÃltico puro, bem como a formaÃÃo de um platà que indica uma rede polimÃrica no ligante modificado. Os ligantes modificados produzidos em laboratÃrio apresentaram desempenhos superiores com relaÃÃo à amostra comercial e ligante asfÃltico puro. Pode-se atribuir as diferenÃas Ãs caracterÃsticas como teor de borracha, tipo de ligante asfÃltico puro e diluente utilizado durante a modificaÃÃo do LAB / In Brazil, the annual production of waste tires is in the order of 40 million units, with an estimated tire disposal of at least 25 million units per year. According to statistics of the National Association of Tire Industry, 100 million of useless tires are spread around the country in landfills, vacant land, rivers and lakes, causing enormous environment damage. The recycling of scrap tires has become mandatory since 2005 according to the resolution 258 of the National Council on the Environment (NCE) and the recycling rate must be of 120%, i.e., for every 4 tires produced or imported, 5 have to be recycled, thus contributing to the elimination of existing scrap tires. This dissertation deals with the chemical and rheological analysis of asphalt binder modified with rubber tires in order to improve the performance, when applied to the asphalt coating, and minimize the environmental problem. The wet process was used to modify the binder. It was verified the effect of different levels of aromatic oil (2.5, 4.5 and 6.0%) and the particle size of the incorporated rubber through the sieve passing 80 (0.180mm) containing 20% by weight (w/w). For comparison purposes, it was considered a commercial sample of rubber asphalt. The rheological study of samples produced in laboratory and commercially available was conducted in a dynamic shear rheometer (DSR) and the chemical analysis was performed in an infrared spectrometer with Fourier Transform Infra Red (FTIR). The aromatic oil influenced the chemical and rheological properties of the modified binder produced in the laboratory, since the spectra in the infrared showed the appearance of new bands. Viscosity decreased with the presence of oil and the workability of the material was improved. The region of linear viscoelasticity was higher for the sample that contained 4.5 and 6.0% aromatic oil. The master curves showed that rubber can reduce fatigue in intermediate temperatures and provide a greater elastic response for the modified samples. It was observed a plateau in the  master curves which indicates the formation of a polymer network in the modified binder. The modified binder produced in the laboratory showed a greater performance with respect to the commercial sample and the pure asphalt binder. The differences in the rheological behavior of the samples can be attributed to the rubber content, type of asphalt binder and rubber used during the modification process

Ligante asfáltico e borracha moída de pneus são materiais, na maioria das vezes, de difícil compatibilização, exigindo a adição de produtos químicos que facilitem a dispersão e a incorporação da borracha, como, por exemplo, os óleos extensores. A presente pesquisa tem por objetivo verificar a hipótese de que o resíduo de óleo de xisto, por se tratar de um óleo aromático, presta-se bem como óleo extensor de borracha, permitindo, inclusive, a adição de teores de borracha maiores que os normalmente incorporados aos ligantes asfálticos na ausência de óleos extensores. A tentativa de verificação de tais hipóteses foi efetuada por meio de uma programação laboratorial dividida em duas etapas. A primeira englobou uma investigação sobre o efeito da borracha moída e do resíduo de óleo de xisto sobre características físicas de 27 ligantes asfálticos, a fim de modelar diversas propriedades reológicas desses materiais, tendo como variáveis previsoras as porcentagens de componentes e as variáveis de processo. Na segunda etapa, foram estudados 8 ligantes asfálticos, a fim de obter dados para a validação dos modelos definidos na primeira etapa e também para a modelagem de propriedades não contempladas na primeira fase. Em ambas as fases, o planejamento dos experimentos foi efetuado empregando a técnica estatística de experimentos com misturas. A caracterização física dos ligantes asfálticos foi efetuada por meio de ensaios tradicionais (ponto de amolecimento, penetração e resiliência) e da especificação Superpave (viscosidade aparente, balanço de massa, cisalhamento dinâmico e fluência na flexão), em ligantes virgens e submetidos às práticas de envelhecimento a curto e longo prazos indicadas pela especificação Superpave (RTFOT e PAV). Ensaios de estabilidade à estocagem também foram realizados. Há evidências de que o resíduo de óleo de xisto pode ser empregado como óleo extensor em ligantes asfalto borracha, porém a seleção das concentrações adequadas dos componentes (asfalto, borracha e resíduo de óleo de xisto) depende do monitoramento de propriedades reológicas nas temperaturas de ocorrência dos principais defeitos do pavimento na região de implantação da rodovia. / Asphalt binder and crumb rubber from discarded tires are materials that, most of time, are not compatible, requiring the addition of chemical products to facilitate the dispersion and incorporation of rubber particles as, for example, the extender oils. This research aims at evaluating the hypothesis that the shale-oil residue, once it is an aromatic oil, may be used as an extender oil for asphalt-rubber binders, allowing the incorporation of crumb-rubber proportions even higher than those usually added to asphalt binders without extender oils. The effort to verify these hypotheses was made by means of a laboratorial program divided in two steps. In the first step an investigation was carried out to assess the effects of crumb rubber and shale-oil residue on physical characteristics of twenty seven asphalt binders, in order to model rheological properties of these materials, using the component proportions and the process variables as predictor variables. In the second step, eight asphalt binders were studied, to obtain data to validate the original models and to model some properties that were not monitored in the first step. In both steps, the experiment was designed using the statistical technique of experiments with mixtures. The physical characterization of the asphalt binders was performed using traditional tests (softening point, penetration and resilience) and those of Superpave specification (apparent viscosity, mass loss, dynamic shear and flexural creep), with materials in three conditions: virgin, short-term aged (RTFOT) and long-term aged (PAV). Storage stability tests were also performed. There are evidences that the shale-oil residue can be used as an extender oil in asphalt-rubber binders, but the selection of the adequate concentrations of the components (asphalt, rubber and oil) depends on the measurement of rheological properties in the temperatures at which the main pavements distresses occurs in the place the road will be constructed.

The design of asphalt concrete for binder courses with high-viscosity asphalt rubber and low-viscosity asphalt rubber is carried out in the diploma thesis. Selected performance tests (low temperature characteristics, stiffness and fatigue) and water sensitivity are performed for these mixtures. Results are compared each other.