The incorporation of recycled asphalt pavements (RAP) in the production of new asphalt mixtures is a useful alternative to the use of virgin materials, leading to economic and environmental savings. Pavement recycling created a sustainable cycle of reuse of nonrenewable natural resources, reducing the demand for new mineral aggregate and binder. However, the addition of RAP, especially at higher percentages, increases the stiffness of the asphalt mixture, because of the high stiffness of the aged binder. High stiffness makes the asphalt mixtures more prone to fatigue cracking. In order to overcome such limitation and allow the incorporation of higher percentages of RAP, soften binders or rejuvenating agents are added to the mixture. The former act to reduce the high stiffness of the aged binder and the latter act to restore the aged binder properties to those required by the binder specifications. The shale oil residue is one of the most used rejuvenating agents in Brazil, and, according to the literature, its performance is comparable to other commercial rejuvenating agents, with the advantage of presenting higher rejuvenating potential, what is due to its higher aromaticity. The fatigue cracking process starts as micro cracks in the fine aggregate matrix (FAM) of the full asphalt mixture. One approach to investigate the fatigue process of the asphalt mixtures is based on the viscoelastic continuum damage theory (VECD), in which the process of micro cracking of a material can be represented by internal state variables associated with the reduction of the material integrity. In this study, tests on FAM samples were performed in order to evaluate the fatigue performance, and the results were analyzed by means of the VECD theory. The objective of this research was to evaluate the fatigue performance of FAMs produced with three RAP contents (20, 40 and 100%), two binders of different performance grades (PG 64-22 and PG 58-16), and the combination of new binder (PG 64-22) and rejuvenating agent (shale oil residue) at different binder/agent rates (100/0, 50/50 and 0/100). Out of the FAMs prepared with RAP, two presented fatigue performance superior to the control mixture (compounded with only new materials): the FAM prepared with 40% of RAP and PG 64-22 and the FAM prepared with 20% of RAP and PG 58-16. The shale oil residue did not play its role of rejuvenating the aged binder for most cases, probably because of the low diffusion rate of the material into the aged binder. / A incorporação de misturas asfálticas fresadas na produção de misturas asfálticas novas é uma alternativa útil à utilização de materiais novos, gerando benefícios econômicos e ambientais. A reciclagem de pavimentos criou um ciclo sustentável de reuso de recursos naturais não-renováveis, reduzindo a demanda por agregado mineral e asfalto novos. No entanto, a adição do material fresado, especialmente em proporções altas, provoca aumento na rigidez da mistura asfáltica, causado pela alta rigidez do asfalto envelhecido. Uma elevada rigidez pode tornar a mistura asfáltica mais propensa ao trincamento por fadiga. Para contornar tal desvantagem e permitir a adição de maiores quantidades de material fresado, asfaltos de baixa consistência e agentes de rejuvenescimento podem ser adicionados à mistura. Os asfaltos de baixa consistência atuam para reduzir a rigidez do asfalto envelhecido e os agentes de rejuvenescimento atuam para restaurar as propriedades originais do asfalto envelhecido, aproximando-as das exigidas pelas especificações para asfaltos virgens. O resíduo de óleo de xisto é um dos agentes rejuvenescedores mais utilizados no Brasil e, segundo a literatura, resulta em desempenho comparável ao desempenho de outros agentes rejuvenescedores comerciais, com a vantagem de apresentar maior poder de rejuvenescimento devido à sua maior aromaticidade. O processo de trincamento por fadiga principia nas microtrincas presentes na matriz de agregado fino (MAF) da mistura asfáltica. Uma abordagem para avaliar o comportamento à fadiga das misturas asfálticas é baseada na teoria do dano contínuo em meio viscoelástico, pela qual o processo de trincamento do material é representado por variáveis de estado interno associadas à redução na integridade do material. Neste estudo, ensaios em amostras de MAF foram feitos para caracterizar o desempenho à fadiga, e os dados foram analisados utilizando a teoria do dano contínuo em meio viscoelástico. O objetivo da pesquisa foi avaliar o desempenho à fadiga de MAFs produzidas com três proporções de material fresado (20, 40 e 100%), dois asfaltos com diferentes graus de desempenho (PG 64-22 e PG 58-16), e três combinações (100/0, 50/50, 0/100) de asfalto PG 64-22 e agente de rejuvenescimento (resíduo de óleo de xisto). Dentre as MAFs preparadas com material fresado, duas apresentaram desempenho à fadiga superior à mistura de controle (composta apenas com materiais novos): a MAF composta com 40% de material fresado e PG 64-22 e a MAF composta com 20% de material fresado e PG 58-16. O resíduo de óleo de xisto não atuou como rejuvenescedor do asfalto envelhecido, para a maioria dos casos avaliados, provavelmente devido à baixa taxa de difusão do material no asfalto envelhecido.

The fatigue cracking process occurs by the repeated dynamic loading from the traffic of heavy vehicle. This phenomenon initiates as microcracks and develops under two circumstances: (i) after adhesive failure, when the crack occurs at the interface aggregate-mortar, and/or (ii) after cohesive failure, when the crack develops within the mortar. Based on such interpretation of the cracking phenomenon in asphalt concrete mixtures, researchers have been using the fine aggregate matrices (FAMs) to estimate the fatigue behavior of the asphalt concrete. Good agreement is observed between the properties of the FAM and asphalt concrete properties in studies related to moisture damage, fatigue cracking and permanent deformation. Regarding the fatigue resistance of the flexible pavements, it is important to investigate the effect of the use of modified binders and the binder aging on the fatigue properties of the asphalt concrete, once that the modified binder can enhance the fatigue behavior of the asphalt concrete, and the binder aging hardens the asphalt binder and turns it into a fragile material, with negative effects on the fatigue life of the asphalt concrete. Based on these evidences, this study has the objective of evaluating the effect of modified binders and aging level on the fatigue life of the FAMs, asphalt mastics and asphalt binders. The three scales are comprised of four asphalt binders (neat, AC+PPA, AC+SBS and AC+rubber) aged in short- and long-term. The fatigue properties of the three scales were evaluated by means of the viscoelastic continuum damage (VECD) concepts, once that this theory is able to predict the asphalt concrete behavior independent of loading mode (uniaxial or torsional), control mode (stress-control or strain-control), and amplitude loading applied to induce the damage. The overall results indicate that the addition of modified binder enhances the fatigue behavior and that extended aging is capable of compromise the fatigue performance. At the scales of the binder and the mastic, the AC+rubber presented the best fatigue performance, occupying the first position in the final rank order, and the AC+SBS presented the worst performance, occupying the last position. However, at the FAM scale, the FAMs prepared with the AC+SBS presented the best fatigue performance, occupying the first position in the final rank order, and the FAMs prepared with the neat binder presented the worst behavior, occupying the last position. The best correlation between the three scales regarding the short- and long-term aging was obtained between binder and mastics aged in the PAV with the FAMs aged in long-term for 30 days. / O processo de trincamento por fadiga ocorre devido ao carregamento dinâmico repetido do tráfego de veículos pesados. Este fenômeno tem o início por meio de microtrincas e se propaga por meio de duas condições: (i) após a ruptura adesiva, quando a trinca ocorre na interface entre agregado e mástique, e/ou (ii) após a ruptura coesiva, quando o processo de trincamento ocorre no mástique. Com base nesta interpretação para o trincamento por fadiga em mistura asfáltica, pesquisadores vêm usando matrizes de agregado fino (MAFs) para estimar o comportamento da mistura asfáltica completa quanto ao dano por fadiga. Boa correlação é observada entre as propriedades da MAF e da mistura asfáltica completa (MAC) em estudos relacionados ao dano por umidade, fadiga e deformação permanente. Com relação a resistência de pavimentos flexíveis, é importante avaliar o efeito do uso de ligantes asfálticos modificados e do envelhecimento do ligante nas propriedades da mistura asfáltica, uma vez que ligantes modificados podem melhorar o comportamento da mistura asfáltica quanto ao dano por fadiga, e o envelhecimento do ligante asfáltico pode enrijecer o material tornando-o mais frágil, reduzindo a vida de fadiga das misturas asfálticas. Levando em consideração as evidências apresentadas, este estudo tem por objetivo avaliar o efeito de ligantes asfálticos modificados e o nível de envelhecimento na vida de fadiga das MAFs, mástiques e ligantes asfálticos. Estas três escalas da mistura asfáltica completa foram compostas por quatro ligantes asfálticos (CAP 50/70, CAP+PPA, CAP+SBS e CAP+borracha) envelhecidos a curto e a longo prazo. As propriedades das três escalas quanto ao dano por fadiga foram avaliadas por meio dos conceitos da teoria do dano contínuo em meio viscoelástico (VECD), uma vez que esta teoria é capaz de prever o comportamento da mistura asfáltica independentemente do modo de carregamento (uniaxial ou torsional, tensão ou deformação controlada) e da amplitude do carregamento aplicado ao material para induzir o dano. De modo geral, os resultados indicaram que o uso de ligantes asfálticos modificados melhoram o comportamento das MAFs quanto ao dano por fadiga e o envelhecimento é capaz de comprometer o desempenho das MAFs quanto ao trincamento por fadiga. Na escala do ligante e do mástique asfáltico, o CAP+borracha apresentou o melhor desempenho à fadiga, ocupando o primeiro lugar no ordenamento final, e o CAP+SBS o pior desempenho, ocupando a última posição. Entretanto, na escala da MAF, as MAFs preparadas com CAP+SBS apresentaram o melhor desempenho à fadiga, ocupando o primeiro lugar no ordenamento final, e as MAFs preparadas com CAP 50/70 apresentaram o pior desempenho, ocupando o último lugar no ordenamento final. A melhor correlação entre as três escalas com relação ao envelhecimento a curto e a longo prazo, foi obtido entre os ligantes asfálticos e mástiques envelhecidos no PAV com as MAFs envelhecidas a longo prazo por 30 dias.

The incorporation of recycled asphalt pavements (RAP) in the production of new asphalt mixtures is a useful alternative to the use of virgin materials, leading to economic and environmental savings. Pavement recycling created a sustainable cycle of reuse of nonrenewable natural resources, reducing the demand for new mineral aggregate and binder. However, the addition of RAP, especially at higher percentages, increases the stiffness of the asphalt mixture, because of the high stiffness of the aged binder. High stiffness makes the asphalt mixtures more prone to fatigue cracking. In order to overcome such limitation and allow the incorporation of higher percentages of RAP, soften binders or rejuvenating agents are added to the mixture. The former act to reduce the high stiffness of the aged binder and the latter act to restore the aged binder properties to those required by the binder specifications. The shale oil residue is one of the most used rejuvenating agents in Brazil, and, according to the literature, its performance is comparable to other commercial rejuvenating agents, with the advantage of presenting higher rejuvenating potential, what is due to its higher aromaticity. The fatigue cracking process starts as micro cracks in the fine aggregate matrix (FAM) of the full asphalt mixture. One approach to investigate the fatigue process of the asphalt mixtures is based on the viscoelastic continuum damage theory (VECD), in which the process of micro cracking of a material can be represented by internal state variables associated with the reduction of the material integrity. In this study, tests on FAM samples were performed in order to evaluate the fatigue performance, and the results were analyzed by means of the VECD theory. The objective of this research was to evaluate the fatigue performance of FAMs produced with three RAP contents (20, 40 and 100%), two binders of different performance grades (PG 64-22 and PG 58-16), and the combination of new binder (PG 64-22) and rejuvenating agent (shale oil residue) at different binder/agent rates (100/0, 50/50 and 0/100). Out of the FAMs prepared with RAP, two presented fatigue performance superior to the control mixture (compounded with only new materials): the FAM prepared with 40% of RAP and PG 64-22 and the FAM prepared with 20% of RAP and PG 58-16. The shale oil residue did not play its role of rejuvenating the aged binder for most cases, probably because of the low diffusion rate of the material into the aged binder. / A incorporação de misturas asfálticas fresadas na produção de misturas asfálticas novas é uma alternativa útil à utilização de materiais novos, gerando benefícios econômicos e ambientais. A reciclagem de pavimentos criou um ciclo sustentável de reuso de recursos naturais não-renováveis, reduzindo a demanda por agregado mineral e asfalto novos. No entanto, a adição do material fresado, especialmente em proporções altas, provoca aumento na rigidez da mistura asfáltica, causado pela alta rigidez do asfalto envelhecido. Uma elevada rigidez pode tornar a mistura asfáltica mais propensa ao trincamento por fadiga. Para contornar tal desvantagem e permitir a adição de maiores quantidades de material fresado, asfaltos de baixa consistência e agentes de rejuvenescimento podem ser adicionados à mistura. Os asfaltos de baixa consistência atuam para reduzir a rigidez do asfalto envelhecido e os agentes de rejuvenescimento atuam para restaurar as propriedades originais do asfalto envelhecido, aproximando-as das exigidas pelas especificações para asfaltos virgens. O resíduo de óleo de xisto é um dos agentes rejuvenescedores mais utilizados no Brasil e, segundo a literatura, resulta em desempenho comparável ao desempenho de outros agentes rejuvenescedores comerciais, com a vantagem de apresentar maior poder de rejuvenescimento devido à sua maior aromaticidade. O processo de trincamento por fadiga principia nas microtrincas presentes na matriz de agregado fino (MAF) da mistura asfáltica. Uma abordagem para avaliar o comportamento à fadiga das misturas asfálticas é baseada na teoria do dano contínuo em meio viscoelástico, pela qual o processo de trincamento do material é representado por variáveis de estado interno associadas à redução na integridade do material. Neste estudo, ensaios em amostras de MAF foram feitos para caracterizar o desempenho à fadiga, e os dados foram analisados utilizando a teoria do dano contínuo em meio viscoelástico. O objetivo da pesquisa foi avaliar o desempenho à fadiga de MAFs produzidas com três proporções de material fresado (20, 40 e 100%), dois asfaltos com diferentes graus de desempenho (PG 64-22 e PG 58-16), e três combinações (100/0, 50/50, 0/100) de asfalto PG 64-22 e agente de rejuvenescimento (resíduo de óleo de xisto). Dentre as MAFs preparadas com material fresado, duas apresentaram desempenho à fadiga superior à mistura de controle (composta apenas com materiais novos): a MAF composta com 40% de material fresado e PG 64-22 e a MAF composta com 20% de material fresado e PG 58-16. O resíduo de óleo de xisto não atuou como rejuvenescedor do asfalto envelhecido, para a maioria dos casos avaliados, provavelmente devido à baixa taxa de difusão do material no asfalto envelhecido.

The fatigue cracking process occurs by the repeated dynamic loading from the traffic of heavy vehicle. This phenomenon initiates as microcracks and develops under two circumstances: (i) after adhesive failure, when the crack occurs at the interface aggregate-mortar, and/or (ii) after cohesive failure, when the crack develops within the mortar. Based on such interpretation of the cracking phenomenon in asphalt concrete mixtures, researchers have been using the fine aggregate matrices (FAMs) to estimate the fatigue behavior of the asphalt concrete. Good agreement is observed between the properties of the FAM and asphalt concrete properties in studies related to moisture damage, fatigue cracking and permanent deformation. Regarding the fatigue resistance of the flexible pavements, it is important to investigate the effect of the use of modified binders and the binder aging on the fatigue properties of the asphalt concrete, once that the modified binder can enhance the fatigue behavior of the asphalt concrete, and the binder aging hardens the asphalt binder and turns it into a fragile material, with negative effects on the fatigue life of the asphalt concrete. Based on these evidences, this study has the objective of evaluating the effect of modified binders and aging level on the fatigue life of the FAMs, asphalt mastics and asphalt binders. The three scales are comprised of four asphalt binders (neat, AC+PPA, AC+SBS and AC+rubber) aged in short- and long-term. The fatigue properties of the three scales were evaluated by means of the viscoelastic continuum damage (VECD) concepts, once that this theory is able to predict the asphalt concrete behavior independent of loading mode (uniaxial or torsional), control mode (stress-control or strain-control), and amplitude loading applied to induce the damage. The overall results indicate that the addition of modified binder enhances the fatigue behavior and that extended aging is capable of compromise the fatigue performance. At the scales of the binder and the mastic, the AC+rubber presented the best fatigue performance, occupying the first position in the final rank order, and the AC+SBS presented the worst performance, occupying the last position. However, at the FAM scale, the FAMs prepared with the AC+SBS presented the best fatigue performance, occupying the first position in the final rank order, and the FAMs prepared with the neat binder presented the worst behavior, occupying the last position. The best correlation between the three scales regarding the short- and long-term aging was obtained between binder and mastics aged in the PAV with the FAMs aged in long-term for 30 days. / O processo de trincamento por fadiga ocorre devido ao carregamento dinâmico repetido do tráfego de veículos pesados. Este fenômeno tem o início por meio de microtrincas e se propaga por meio de duas condições: (i) após a ruptura adesiva, quando a trinca ocorre na interface entre agregado e mástique, e/ou (ii) após a ruptura coesiva, quando o processo de trincamento ocorre no mástique. Com base nesta interpretação para o trincamento por fadiga em mistura asfáltica, pesquisadores vêm usando matrizes de agregado fino (MAFs) para estimar o comportamento da mistura asfáltica completa quanto ao dano por fadiga. Boa correlação é observada entre as propriedades da MAF e da mistura asfáltica completa (MAC) em estudos relacionados ao dano por umidade, fadiga e deformação permanente. Com relação a resistência de pavimentos flexíveis, é importante avaliar o efeito do uso de ligantes asfálticos modificados e do envelhecimento do ligante nas propriedades da mistura asfáltica, uma vez que ligantes modificados podem melhorar o comportamento da mistura asfáltica quanto ao dano por fadiga, e o envelhecimento do ligante asfáltico pode enrijecer o material tornando-o mais frágil, reduzindo a vida de fadiga das misturas asfálticas. Levando em consideração as evidências apresentadas, este estudo tem por objetivo avaliar o efeito de ligantes asfálticos modificados e o nível de envelhecimento na vida de fadiga das MAFs, mástiques e ligantes asfálticos. Estas três escalas da mistura asfáltica completa foram compostas por quatro ligantes asfálticos (CAP 50/70, CAP+PPA, CAP+SBS e CAP+borracha) envelhecidos a curto e a longo prazo. As propriedades das três escalas quanto ao dano por fadiga foram avaliadas por meio dos conceitos da teoria do dano contínuo em meio viscoelástico (VECD), uma vez que esta teoria é capaz de prever o comportamento da mistura asfáltica independentemente do modo de carregamento (uniaxial ou torsional, tensão ou deformação controlada) e da amplitude do carregamento aplicado ao material para induzir o dano. De modo geral, os resultados indicaram que o uso de ligantes asfálticos modificados melhoram o comportamento das MAFs quanto ao dano por fadiga e o envelhecimento é capaz de comprometer o desempenho das MAFs quanto ao trincamento por fadiga. Na escala do ligante e do mástique asfáltico, o CAP+borracha apresentou o melhor desempenho à fadiga, ocupando o primeiro lugar no ordenamento final, e o CAP+SBS o pior desempenho, ocupando a última posição. Entretanto, na escala da MAF, as MAFs preparadas com CAP+SBS apresentaram o melhor desempenho à fadiga, ocupando o primeiro lugar no ordenamento final, e as MAFs preparadas com CAP 50/70 apresentaram o pior desempenho, ocupando o último lugar no ordenamento final. A melhor correlação entre as três escalas com relação ao envelhecimento a curto e a longo prazo, foi obtido entre os ligantes asfálticos e mástiques envelhecidos no PAV com as MAFs envelhecidas a longo prazo por 30 dias.