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.

No Brasil, desde o início da década de 1990, vêm sendo desenvolvidas pesquisas sobre aplicação do asfalto-borracha visando tanto a diminuição dos problemas ambientais gerados pelo descarte de pneus inservíveis, como a melhoria das características dos ligantes produzidos. Dentro desse contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho mecânico de oito misturas asfálticas do tipo concreto asfáltico usinado a quente, produzidas com asfaltos convencional e convencional modificado com borracha de pneu e resíduo de óleo de xisto. Quanto ao ligante, foram utilizados 8 tipos, a saber: CAP 30/45 (referência); dois ligantes empregando teores diferentes de borracha moída de pneu; outros dois com teores distintos de resíduo de óleo de xisto e, por fim, mais três com combinações de teores de borracha e de resíduo de óleo de xisto. Os corpos-de-prova empregados nos ensaios foram moldados em cinco teores diferentes de ligantes asfálticos (4,5; 5,0, 5,5; 6,0 e 6,5%). Conseqüentemente, foram realizados ensaios Marshall, resistência à tração, módulo de resiliência e umidade induzida. Com base nos resultados dos ensaios realizados observou-se que tanto a borracha quanto o óleo reduzem a resistência à tração e o módulo de resiliência das misturas, no entanto, na recuperação retardada, os efeitos da borracha e do óleo são antagônicos, diminuindo e aumentando, respectivamente. Ademais, quanto à suscetibilidade à ação da água, as misturas com adição de óleo apresentaram menor suscetibilidade que as misturas com adição de borracha. Além disso, foi observado que todas as misturas estudadas, exceto aquelas com altas concentrações de óleo e de borracha, atenderam os requisitos estabelecidos pelas especificações, para as propriedades analisadas. Todavia, em alguns casos, considerando os efeitos antagônicos do óleo e da borracha, algumas combinações entre ambos podem ser realizadas, com a finalidade de alcançar os níveis desejados para as propriedades do ligante asfalto-borracha e das misturas asfálticas. / In Brazil, since the beginning of the 90\'s, have been developed researches on the application of asphalt-rubber seeking the reduction of environmental problems created by the used tires, and the improvement of the characteristics of the produced binder. Taking this into account, the purpose of this research is to evaluate the mechanical performance of eight hot mix asphalt concretes, produced with conventional asphalt and modified asphalt with crumb rubber and shale-oil residue. Eight types of binders were used: CAP 30/45 (reference); two binders using different crumb rubber contents, two with different shale-oil residue contents, and finally three more with the combination of crumb rubber and shale-oil residue contents. The specimens used in the laboratorial tests were compacted in five different binders contents (4.5; 5.0, 5.5; 6.0 e 6.5%). Hence, the tests performed are: Marshall test, indirect tension, resilient modulus and moisture induced. The results showed that the rubber and the shale oil reduce the indirect tension and resilience module of the mixtures, however, on the delayed recover, the effects of the rubber and of the shale oil are opposed, decreasing and increasing it, respectively. Moreover, for the moisture susceptibility, the mixtures with shale-oil residue exhibited less susceptibility to water than those with crumb rubber. Furthermore, all the studied mixtures, except those with high shale-oil residue and rubber concentrations, they got to attend the established requirements for the specifications, for the analyzed properties. Although, in some cases, considering the opposed effects of the shale oil and of the crumb rubber, some combinations between both can be accomplished, with the purpose of reach the levels wanted for the properties of the asphaltrubber binder and the asphalt mixtures. Also regression models were elaborated as for the analyzed properties. The results obtained of modeling were satisfactory.

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.

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.

No Brasil, desde o início da década de 1990, vêm sendo desenvolvidas pesquisas sobre aplicação do asfalto-borracha visando tanto a diminuição dos problemas ambientais gerados pelo descarte de pneus inservíveis, como a melhoria das características dos ligantes produzidos. Dentro desse contexto, esta pesquisa teve por objetivo avaliar o desempenho mecânico de oito misturas asfálticas do tipo concreto asfáltico usinado a quente, produzidas com asfaltos convencional e convencional modificado com borracha de pneu e resíduo de óleo de xisto. Quanto ao ligante, foram utilizados 8 tipos, a saber: CAP 30/45 (referência); dois ligantes empregando teores diferentes de borracha moída de pneu; outros dois com teores distintos de resíduo de óleo de xisto e, por fim, mais três com combinações de teores de borracha e de resíduo de óleo de xisto. Os corpos-de-prova empregados nos ensaios foram moldados em cinco teores diferentes de ligantes asfálticos (4,5; 5,0, 5,5; 6,0 e 6,5%). Conseqüentemente, foram realizados ensaios Marshall, resistência à tração, módulo de resiliência e umidade induzida. Com base nos resultados dos ensaios realizados observou-se que tanto a borracha quanto o óleo reduzem a resistência à tração e o módulo de resiliência das misturas, no entanto, na recuperação retardada, os efeitos da borracha e do óleo são antagônicos, diminuindo e aumentando, respectivamente. Ademais, quanto à suscetibilidade à ação da água, as misturas com adição de óleo apresentaram menor suscetibilidade que as misturas com adição de borracha. Além disso, foi observado que todas as misturas estudadas, exceto aquelas com altas concentrações de óleo e de borracha, atenderam os requisitos estabelecidos pelas especificações, para as propriedades analisadas. Todavia, em alguns casos, considerando os efeitos antagônicos do óleo e da borracha, algumas combinações entre ambos podem ser realizadas, com a finalidade de alcançar os níveis desejados para as propriedades do ligante asfalto-borracha e das misturas asfálticas. / In Brazil, since the beginning of the 90\'s, have been developed researches on the application of asphalt-rubber seeking the reduction of environmental problems created by the used tires, and the improvement of the characteristics of the produced binder. Taking this into account, the purpose of this research is to evaluate the mechanical performance of eight hot mix asphalt concretes, produced with conventional asphalt and modified asphalt with crumb rubber and shale-oil residue. Eight types of binders were used: CAP 30/45 (reference); two binders using different crumb rubber contents, two with different shale-oil residue contents, and finally three more with the combination of crumb rubber and shale-oil residue contents. The specimens used in the laboratorial tests were compacted in five different binders contents (4.5; 5.0, 5.5; 6.0 e 6.5%). Hence, the tests performed are: Marshall test, indirect tension, resilient modulus and moisture induced. The results showed that the rubber and the shale oil reduce the indirect tension and resilience module of the mixtures, however, on the delayed recover, the effects of the rubber and of the shale oil are opposed, decreasing and increasing it, respectively. Moreover, for the moisture susceptibility, the mixtures with shale-oil residue exhibited less susceptibility to water than those with crumb rubber. Furthermore, all the studied mixtures, except those with high shale-oil residue and rubber concentrations, they got to attend the established requirements for the specifications, for the analyzed properties. Although, in some cases, considering the opposed effects of the shale oil and of the crumb rubber, some combinations between both can be accomplished, with the purpose of reach the levels wanted for the properties of the asphaltrubber binder and the asphalt mixtures. Also regression models were elaborated as for the analyzed properties. The results obtained of modeling were satisfactory.

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.