Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016.

O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a influência que as propriedades estudadas dos agregados exercem sobre propriedades volumétricas e mecânicas de misturas asfálticas densas. Para tanto, foram avaliadas as propriedades de consenso e de origem, especificadas pelo Superpave, de um conjunto de agregados, além de suas densidades, porosidade, absorção e adesividade. Foram estudados agregados de gabro, basalto e areia natural e três tipos de granulometrias, uma denominada AZR, passando acima da zona de restrição da especificação Superpave, e outras duas, obtidas através do sistema de seleção granulométrica Bailey. Também três níveis de energia de compactação foram aplicados às misturas, 75, 110 e 155 golpes por face do corpo-de-prova Marshall. Avaliou-se o comportamento mecânico das misturas através dos ensaios de estabilidade e fluência Marshall, fluência por compressão uniaxial uniforme, fluência por compressão uniaxial dinâmica, resistência à tração, módulo de resiliência e fadiga. Os resultados mostraram que, de uma maneira geral, o agregado de gabro apresentou superioridade em relação ao agregado de basalto e de areia natural, tanto quando analisado isoladamente como quando analisado nas misturas asfálticas. Suas características de forma, angularidade e textura superficial permitiram arranjos entre partículas adequados, formando esqueletos estruturais resistentes à deformação permanente e também à fadiga. As análises das misturas à luz da granulometria mostram que, de uma maneira geral, a granulometria AZR produziu misturas mais estáveis, mais resistentes à deformação permanente e à fadiga. Pôde-se constatar, também, que as propriedades volumétricas são sensíveis às densidades dos agregados e à taxa de absorção destes, além de serem influenciadas diretamente pelas características de superfície dos agregados e pela energia de compactação. Com o aumento da energia de compactação aplicada, as partículas angulosas e rugosas dos agregados de gabro e de basalto arranjaram-se de maneira mais próxima e, por conseqüência, houve a diminuição dos vazios do agregado mineral e elevação da estabilidade e rigidez das misturas, sem, contudo, causar prejuízos à vida de fadiga. Os estudos sobre a absorção de asfalto pelos agregados revelaram que os agregados absorvem mais asfalto quanto mais fina a espessura da película de asfalto que os envolve e, também, que misturas com um mesmo teor de asfalto absorvem quantidades semelhantes de asfalto, sendo o tempo necessário para que a absorção se complete diretamente proporcional à viscosidade (temperatura) do asfalto. / The main objective of this research is to evaluate the influence that the studied properties of aggregates have on volumetric and mechanical characteristics of dense asphalt mixtures. It was evaluated origin and consensus properties, specified by the Superpave, for a set of aggregates, besides their densities, porosity, absorption and adhesiveness. Aggregates of gabbro, basalt and natural sand were studied and three types of aggregate gradations, one called AZR, passing above the zone of restriction of the Superpave specification, and two others, obtained through the Bailey method. Three levels of compaction energy were applied, corresponding respectively to 75, 110 and 155 blows of the Marshall hammer per face of the specimen. The mechanical behavior of the hot mix asphalt (HMA) was evaluated through the Marshall stability and flow, static and dynamic creep, indirect tensile strength, resilient modulus and fatigue tests. The results showed that, in general terms, the gabbro aggregate presented a superior behavior compared to the natural sand aggregate and the basalt aggregate, based on both aggregate and asphalt mixture evaluation tests. Its characteristics of form, angularity and surface texture resulted in an adequate arrangement between particles, building a resistant structural skeleton to both permanent deformation and fatigue cracking. Analyses of the HMA mixtures as a function of gradation showed that, in general terms, AZR mixtures were more stable, more resistant to permanent deformation and to fatigue cracking than Bailey mixtures. It could be evidenced that the volumetric properties depends on the specific gravity and the absorption rate of the aggregates, being also directly influenced by aggregate surface characteristics and compaction energy. Increasing the energy applied for specimen compaction resulted, for the angular and rough particles of gabbro and basalt aggregates, in a closer arrangement, with reduction of the voids in mineral aggregate and increase of the stability and stiffness of the mixtures, without, however, causing damages that could conduct to a shorter fatigue life. The studies about absorption of asphalt by aggregates showed that the smaller the asphalt film thickness the greater the asphalt absorption. The results also showed that HMA with the same asphalt content absorb similar amounts of asphalt, although the necessary time to complete the absorption is directly proportional to the asphalt viscosity (temperature).

O objetivo principal desta pesquisa é avaliar a influência que as propriedades estudadas dos agregados exercem sobre propriedades volumétricas e mecânicas de misturas asfálticas densas. Para tanto, foram avaliadas as propriedades de consenso e de origem, especificadas pelo Superpave, de um conjunto de agregados, além de suas densidades, porosidade, absorção e adesividade. Foram estudados agregados de gabro, basalto e areia natural e três tipos de granulometrias, uma denominada AZR, passando acima da zona de restrição da especificação Superpave, e outras duas, obtidas através do sistema de seleção granulométrica Bailey. Também três níveis de energia de compactação foram aplicados às misturas, 75, 110 e 155 golpes por face do corpo-de-prova Marshall. Avaliou-se o comportamento mecânico das misturas através dos ensaios de estabilidade e fluência Marshall, fluência por compressão uniaxial uniforme, fluência por compressão uniaxial dinâmica, resistência à tração, módulo de resiliência e fadiga. Os resultados mostraram que, de uma maneira geral, o agregado de gabro apresentou superioridade em relação ao agregado de basalto e de areia natural, tanto quando analisado isoladamente como quando analisado nas misturas asfálticas. Suas características de forma, angularidade e textura superficial permitiram arranjos entre partículas adequados, formando esqueletos estruturais resistentes à deformação permanente e também à fadiga. As análises das misturas à luz da granulometria mostram que, de uma maneira geral, a granulometria AZR produziu misturas mais estáveis, mais resistentes à deformação permanente e à fadiga. Pôde-se constatar, também, que as propriedades volumétricas são sensíveis às densidades dos agregados e à taxa de absorção destes, além de serem influenciadas diretamente pelas características de superfície dos agregados e pela energia de compactação. Com o aumento da energia de compactação aplicada, as partículas angulosas e rugosas dos agregados de gabro e de basalto arranjaram-se de maneira mais próxima e, por conseqüência, houve a diminuição dos vazios do agregado mineral e elevação da estabilidade e rigidez das misturas, sem, contudo, causar prejuízos à vida de fadiga. Os estudos sobre a absorção de asfalto pelos agregados revelaram que os agregados absorvem mais asfalto quanto mais fina a espessura da película de asfalto que os envolve e, também, que misturas com um mesmo teor de asfalto absorvem quantidades semelhantes de asfalto, sendo o tempo necessário para que a absorção se complete diretamente proporcional à viscosidade (temperatura) do asfalto. / The main objective of this research is to evaluate the influence that the studied properties of aggregates have on volumetric and mechanical characteristics of dense asphalt mixtures. It was evaluated origin and consensus properties, specified by the Superpave, for a set of aggregates, besides their densities, porosity, absorption and adhesiveness. Aggregates of gabbro, basalt and natural sand were studied and three types of aggregate gradations, one called AZR, passing above the zone of restriction of the Superpave specification, and two others, obtained through the Bailey method. Three levels of compaction energy were applied, corresponding respectively to 75, 110 and 155 blows of the Marshall hammer per face of the specimen. The mechanical behavior of the hot mix asphalt (HMA) was evaluated through the Marshall stability and flow, static and dynamic creep, indirect tensile strength, resilient modulus and fatigue tests. The results showed that, in general terms, the gabbro aggregate presented a superior behavior compared to the natural sand aggregate and the basalt aggregate, based on both aggregate and asphalt mixture evaluation tests. Its characteristics of form, angularity and surface texture resulted in an adequate arrangement between particles, building a resistant structural skeleton to both permanent deformation and fatigue cracking. Analyses of the HMA mixtures as a function of gradation showed that, in general terms, AZR mixtures were more stable, more resistant to permanent deformation and to fatigue cracking than Bailey mixtures. It could be evidenced that the volumetric properties depends on the specific gravity and the absorption rate of the aggregates, being also directly influenced by aggregate surface characteristics and compaction energy. Increasing the energy applied for specimen compaction resulted, for the angular and rough particles of gabbro and basalt aggregates, in a closer arrangement, with reduction of the voids in mineral aggregate and increase of the stability and stiffness of the mixtures, without, however, causing damages that could conduct to a shorter fatigue life. The studies about absorption of asphalt by aggregates showed that the smaller the asphalt film thickness the greater the asphalt absorption. The results also showed that HMA with the same asphalt content absorb similar amounts of asphalt, although the necessary time to complete the absorption is directly proportional to the asphalt viscosity (temperature).