Submitted by Maria Medeiros (maria.dilva1@ufcg.edu.br) on 2018-07-30T15:09:31Z No. of bitstreams: 1 GUTEMBERG GONÇALVES DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2016.pdf: 3435279 bytes, checksum: dbeee65ecc9e87071e6bd52e090b564d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-30T15:09:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GUTEMBERG GONÇALVES DA SILVA - DISSERTAÇÃO (PPGECA) 2016.pdf: 3435279 bytes, checksum: dbeee65ecc9e87071e6bd52e090b564d (MD5) Previous issue date: 2016-08-15 / Pesquisas em pavimentação têm buscado alternativas para reduzir o consumo de combustíveis e a emissão de gases causadores do efeito estufa gerados pelas misturas asfálticas convencionais. A redução das temperaturas de usinagem e compactação de misturas asfálticas é considerada uma alternativa na produção de revestimentos asfálticos capaz de proporcionar vantagens técnicas, econômicas e ambientais. Denominadas misturas mornas, várias tecnologias são utilizadas para a sua produção. Estas são capazes de diminuir as temperaturas de usinagem e compactação das misturas asfálticas sem alterar suas características. Dentro deste contexto esta pesquisa realilizou um estudo comparativo de 4 aditivos: CCBit, Cera de carnaúba, óleo de girassol e óleo de moringa utilizando teores de 1,0%;1,5%;2,0% e 2,5% visando o estudo de suas propriedades reológicas e análise da potencialidade na produção de misturas mornas. Foi observado que todos os aditivos utilizados obtiveram redução na temperatura de compactação e usinagem destacando-se o óleo de moringa que obteve uma redução de 18,3°C. Quando tratamos do melhoramento da qualidade da mistura asfáltica o CCBit ganha destaque pois por sua vez obteve um aumento em seu módulo complexo (G*) aumentando assim a resistência do material. Quando analisados os resultados de forma geral pode-se afirmar que o CCBit e a cera de carnaúba promovem aumento na resistência do ligante enquanto que os óleos indicam perda de resistência com um aumento de sua trabalhabilidade sendo todas opções viáveis de misturas mornas dependendo do local de aplicação. / Pavement researches have been looking for alternatives to reduce fuel consumption and gas emission that cause the greenhouse effect generated by the conventional asphaltic mixes. The reduction of the machining and compaction temperature of asphalt mixes is considered an alternative in production of asphaltic coatings able to provide technical, economic and environmental benefits. Named warm mixes, several technologies are used in their production. They are capable of decreasing the machining and compaction temperatures of the asphaltic mixes without altering its characteristics. In this perspective this research performed a comparative study of 4 additives: CCBit, carnauba wax, sunflower oil and ben tree oil using levels of 1,0%; 1,5%; 2,0%; and 2,5%, intending the study of its rheological properties and analysis of the potentiality in production of warm mixes. It was observed that every additive that was used obtained temperature decrease in compaction and machining especially ben tree oil that obtained a decrease of 18,3ºC. When the purpose is the quality improvement of the asphaltic mix the CCBit stands out because it obtained an increase of its complex module (G*) therefore also increasing the matter resistance. When the results are analyzed in a general way it’s possible to affirm that the CCBit and the carnauba wax stimulate increase of the binder resistance while the oils indicate loss of resistance with increase of its workability, consequently all of them are viable options of warm mixes depending on its appliance site.

Depuis les années 2000, les grandes entreprises routières axent leurs recherches sur l’abaissement des températures de fabrication et de mise en œuvre des enrobés bitumineux à chaud (de 30 à 50°C). Le développement de ces nouveaux enrobés, dits tièdes, a fait apparaître sur les chantiers des problématiques de maniabilité qui n’existaient pas dans le cas des enrobés à chaud, notamment lors des mises en œuvre manuelles. Ce sujet de thèse, inscrit dans cette thématique des enrobés bitumineux tièdes, vise à étudier leur comportement aux températures de mise en œuvre et à développer une démarche de caractérisation et d’évaluation de leur maniabilité. Pour cela, le travail expérimental a été réalisé à différentes échelles du matériau (liant, mastic et enrobé), sur des matériaux réels (aux liants bitumineux) et modèles (aux huiles de silicone), en s’articulant autour de deux axes principaux : les propriétés de viscosité des liants et des mastics d’une part, puis les propriétés de maniabilité des enrobés évaluées par un outil depuis peu normalisé, à savoir le maniabilimètre. Après un état de l’art sur les enrobés bitumineux, notamment tièdes, leur mise en œuvre et méthodes de caractérisation, et les propriétés rhéologiques des liants et des mastics bitumineux, une présentation des différents matériaux utilisés est faite. Les études rhéologiques menées sur liant et sur mastic sont présentées dans une première partie, depuis la mise en place des protocoles de mesure en plan-plan jusqu’à l’analyse des différents comportements, en fonction de paramètres choisis tels que la température, le taux de cisaillement, le taux de fines ou la présence d’additif tiède. Outre la vérification du caractère newtonien des bitumes et la validation des matériaux modèles, cette partie met en évidence le comportement non newtonien des mastics aux taux de fines testés, ainsi que la présence d’un phénomène de sédimentation dans les mastics, particulièrement à haute température, qui amène à s’interroger sur la pertinence de l’étude à l’échelle mastic par rapport à celle sur liant. En deuxième partie, l’analyse de la maniabilité à l’échelle de l’enrobé est menée à l’aide du maniabilimètre (NF P 98 258-1) ; l’intérêt de maîtriser la compacité de l’échantillon pour une bonne pertinence de l’essai est démontré. Une analyse de différents paramètres, tant géométriques que produits, initialement sur enrobés modèles puis réels, a permis de mettre en évidence la capacité et les limites de cet outil à caractériser la maniabilité, en corrélation avec les études rhéologiques sur liant et mastics / Since the 2000s, road industries have focused their researches on lowering the mixing and implementation temperatures of Hot Mix Asphalt (HMA) (from 30 to 50°C). These new asphalt concretes, called Warm Mix Asphalt (WMA), created a workability issue that did not exist in the case of HMA, especially during manual implementation. This thesis aims to study the behavior of these WMA at implementation temperatures and to develop a method to characterize and evaluate their workability. For that, the experimental work was done at several scales of the material (the binder, the mastic and the mixture), some made with bituminous binders and some with silicone oils. Two properties were studied: on the one hand the viscosity of binders and mastics, and on the other hand the workability of mixtures measured by the workability device, newly standardized. After a state of the art on asphalt concretes, in particular WMA, on their implementation and characterization techniques, on the rheological properties of bituminous binders and mastics, the different materials used are presented along with their characterizations. The rheological studies conducted on binder and mastic are exposed in a first part, from the setup of measure procedures to the analysis of different behaviors with respect to the chosen parameters such as temperature, shear rate, filler content. This part highlights not only the Newtonian nature of binders but also the non-Newtonian behavior of mastics and the sedimentation phenomenon they endured at high temperatures which leads to investigate the legitimacy of the study at the mastic scale. In a second part, the workability of the mixtures is measured with the workability device (NF P 98 258-1), showing the importance of controlling the void content of the sample to guaranty a relevant test. An analysis of several parameters highlighted the ability and the limits of this device to characterize workability, with regard to the rheological studies on binders and mastics

Nos últimos anos tem havido uma crescente preocupação com o meio ambiente. Dentro deste contexto, surgiram as misturas asfálticas mornas que, devido à diminuição de temperatura na usinagem e na compactação, têm impacto positivo não só sobre a poluição ambiental, mas também sobre o consumo energético. Este estudo compara o comportamento de misturas asfálticas mornas (com aditivo surfactante) com o de misturas similares usinadas a quente (convencionais), por meio de ensaios laboratoriais de compactação, de propriedades mecânicas, além de testes complementares. Os resultados apontam que não há necessidade de alteração do método de dosagem convencional para as misturas mornas, e que o teor de ligante de projeto das misturas mornas deve ser mantido igual à da similar a quente. Porém, os resultados dependem muito do tipo de ligante, do teor de asfalto utilizado e do nível de diminuição da temperatura de usinagem e compactação. O controle da temperatura e a magnitude de sua redução demonstraram ser essenciais na qualidade final da mistura morna nesta tecnologia. Além disso, tem-se o acompanhamento de dois trechos experimentais, onde não foram verificadas dificuldades complementares de usinagem e de execução em pista. Os resultados de controle tecnológico da obra e de avaliação dos aspectos de superfície nos trechos com mistura morna se mostraram similares aos das técnicas a quente. Foram analisadas as emissões de poluentes (HPAs prioritários no material particulado) de misturas asfálticas mornas e a quente, tanto no programa laboratorial, quanto em usina e em pista, por ocasião da execução de um dos trechos experimentais. Os resultados indicaram que houve redução em cerca de três vezes do total destes poluentes com as misturas mornas. Visualmente também foi constatada uma diminuição expressiva dos fumos de asfalto com a mistura morna em campo. Por fim, estimou-se que há uma economia significativa do consumo de combustíveis com a redução da temperatura de secagem e aquecimento dos agregados em usina com as misturas mornas. Deste modo, o trabalho demonstra, pelas propriedades físicas e mecânicas avaliadas em laboratório e em campo, que a qualidade das misturas asfálticas mornas é similar às das usinadas a quente, com os benefícios da redução das emissões de poluentes e da economia de energia. / In the last years there has been an increasing concern for the environment. In this context, warm mixes asphalt was developed with positive impact not only on the environmental pollution, but also on the energy consumption, due to the reduction of mixing and compaction temperatures. This work compares the behavior of warm mixes asphalts (with surfactant additive) with similar hot mixes asphalt (conventional ones), through compaction and mechanical properties, as well as additional tests, in laboratory. The results indicate that it is not necessary to change the conventional asphalt mix design for warm mixes, and also that the optimum asphalt content in the warm mixes should be maintained similar to the hot mixes. However, the results are dependent on the asphalt type, the asphalt content, and the level of mixing and compaction temperature reduction. The temperature control and the magnitude of its reduction are essential for the final quality of the warm mix in this technology. Besides, two test tracks were monitored, where there were no additional difficulties during the mixing procedure and in the construction site. The results of the field control and the evaluation of the pavement surface in the warm mix test tracks were similar to the hot mix techniques. Pollutants emissions (priority PAH on the particulate matter) from warm and hot mixes asphalt mixes were analyzed, in the laboratory, in the mixing plant and in the field, during one of the test tracks construction. The results demonstrated that there was a reduction of about three times on the total amount of these pollutants with the warm mixes. Visually, it was also verified that there was a large reduction of asphalt fumes with the warm mix in the field. Finally, it was estimated that there are significant energy savings when reducing drying and heating temperatures of the aggregates in the mixing plant with warm mixes. Thus, this work shows, through the physical and mechanical properties evaluated in the laboratory and in the field, that the quality of warm mixes is similar to the hot mixes, with the benefits of reducing pollutant emissions and saving energy.

Nos últimos anos tem havido uma crescente preocupação com o meio ambiente. Dentro deste contexto, surgiram as misturas asfálticas mornas que, devido à diminuição de temperatura na usinagem e na compactação, têm impacto positivo não só sobre a poluição ambiental, mas também sobre o consumo energético. Este estudo compara o comportamento de misturas asfálticas mornas (com aditivo surfactante) com o de misturas similares usinadas a quente (convencionais), por meio de ensaios laboratoriais de compactação, de propriedades mecânicas, além de testes complementares. Os resultados apontam que não há necessidade de alteração do método de dosagem convencional para as misturas mornas, e que o teor de ligante de projeto das misturas mornas deve ser mantido igual à da similar a quente. Porém, os resultados dependem muito do tipo de ligante, do teor de asfalto utilizado e do nível de diminuição da temperatura de usinagem e compactação. O controle da temperatura e a magnitude de sua redução demonstraram ser essenciais na qualidade final da mistura morna nesta tecnologia. Além disso, tem-se o acompanhamento de dois trechos experimentais, onde não foram verificadas dificuldades complementares de usinagem e de execução em pista. Os resultados de controle tecnológico da obra e de avaliação dos aspectos de superfície nos trechos com mistura morna se mostraram similares aos das técnicas a quente. Foram analisadas as emissões de poluentes (HPAs prioritários no material particulado) de misturas asfálticas mornas e a quente, tanto no programa laboratorial, quanto em usina e em pista, por ocasião da execução de um dos trechos experimentais. Os resultados indicaram que houve redução em cerca de três vezes do total destes poluentes com as misturas mornas. Visualmente também foi constatada uma diminuição expressiva dos fumos de asfalto com a mistura morna em campo. Por fim, estimou-se que há uma economia significativa do consumo de combustíveis com a redução da temperatura de secagem e aquecimento dos agregados em usina com as misturas mornas. Deste modo, o trabalho demonstra, pelas propriedades físicas e mecânicas avaliadas em laboratório e em campo, que a qualidade das misturas asfálticas mornas é similar às das usinadas a quente, com os benefícios da redução das emissões de poluentes e da economia de energia. / In the last years there has been an increasing concern for the environment. In this context, warm mixes asphalt was developed with positive impact not only on the environmental pollution, but also on the energy consumption, due to the reduction of mixing and compaction temperatures. This work compares the behavior of warm mixes asphalts (with surfactant additive) with similar hot mixes asphalt (conventional ones), through compaction and mechanical properties, as well as additional tests, in laboratory. The results indicate that it is not necessary to change the conventional asphalt mix design for warm mixes, and also that the optimum asphalt content in the warm mixes should be maintained similar to the hot mixes. However, the results are dependent on the asphalt type, the asphalt content, and the level of mixing and compaction temperature reduction. The temperature control and the magnitude of its reduction are essential for the final quality of the warm mix in this technology. Besides, two test tracks were monitored, where there were no additional difficulties during the mixing procedure and in the construction site. The results of the field control and the evaluation of the pavement surface in the warm mix test tracks were similar to the hot mix techniques. Pollutants emissions (priority PAH on the particulate matter) from warm and hot mixes asphalt mixes were analyzed, in the laboratory, in the mixing plant and in the field, during one of the test tracks construction. The results demonstrated that there was a reduction of about three times on the total amount of these pollutants with the warm mixes. Visually, it was also verified that there was a large reduction of asphalt fumes with the warm mix in the field. Finally, it was estimated that there are significant energy savings when reducing drying and heating temperatures of the aggregates in the mixing plant with warm mixes. Thus, this work shows, through the physical and mechanical properties evaluated in the laboratory and in the field, that the quality of warm mixes is similar to the hot mixes, with the benefits of reducing pollutant emissions and saving energy.