O fenômeno de fadiga é caracterizado pela deterioração estrutural que um material está sujeito quando submetido a um estado de tensões e de deformações repetidas, resultando assim, em um trincamento do pavimento, que pode até culminar na sua ruptura após um número suficiente de repetições de carregamento. Este processo é considerado como sendo a perda de resistência do material quando solicitado por uma carga repetida. Conhecer a resistência à fadiga de misturas asfálticas torna-se relevante para a formulação das misturas, para o dimensionamento de uma estrutura ou para a escolha de uma adequada solução em uma obra de recuperação do pavimento de uma rodovia. O ensaio laboratorial mais utilizado no Brasil para analisar a fadiga de misturas é o de tração indireta por compressão diametral em corpos de prova cilíndricos, contudo este ensaio apresenta algumas variáveis que diferenciam os resultados obtidos em laboratório com a realidade apresentada em campo. Neste sentido, o presente trabalho analisou o comportamento à fadiga, através do ensaio de flexão em viga quatro pontos, de duas misturas asfálticas: concreto asfáltico com ligante modificado por polímero (COMPAFLEX 60/85) e concreto asfáltico com ligante modificado por polímero e adição de TLA (CAP TLA FLEX). Para obter as vigas de mistura asfáltica optou-se por utilizar uma metodologia de moldagem e compactação das placas em uma usina de asfalto. Após este processo as placas foram serradas para obtenção das vigas nos tamanhos definidos, sendo estas amostras ensaiadas para verificação da densidade aparente e grau de compactação. Com o intuito de atingir o objetivo proposto foram realizados ensaios de fadiga à flexão em quatro pontos, sob modo de carregamento à deformação e tensão controlada, ensaios de fadiga por compressão diametral (tensão controlada) e ensaios de resistência à tração, sendo estes realizados à temperatura de 25°C. Também foi determinado o módulo dinâmico das misturas estudadas para as temperaturas de 15°C, 20°C e 25°C. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia escolhida para a moldagem e compactação das placas foi adequada, pois as amostras apresentaram valores de volume de vazios, densidade aparente e grau de compactação semelhantes aos estabelecidos nos projetos das misturas. Em relação aos resultados obtidos nos ensaios de fadiga por compressão diametral a mistura CA-TLA obteve valores de vida de fadiga superiores em relação à mistura CA-E, enquanto no ensaio de flexão em quatro pontos, à deformação controlada, a mistura CA-E apresentou maiores vidas de fadiga. Os resultados dos ensaios de módulo dinâmico das misturas CA-TLA e CA-E foram apresentados através das representações clássicas nas curvas isotérmica, frequência‐temperatura, isócrona, espaço de Black e plano cole‐cole, mostrando que a mistura CA-TLA apresentou maior rigidez em relação a mistura CA-E. / The phenomenon of fatigue is characterized by structural deterioration when a material is subjected to a state of repeated stress and strain cycles, thus resulting in cracking of the pavement which may even result in its failure after a sufficient number of load repetitions. Considering the fatigue resistance of asphalt mixtures becomes relevant for the formulation of mixes, for the design of a pavement structure or for choosing an adequate solution for pavement rehabilitation in highways. The laboratory test commonly employed in Brazil to analyze the fatigue life of asphalt mixes is the indirect tensile test by diametrical compression in cylindrical specimens. However, this test presents some variables that differentiate the results obtained in laboratory with the in situ loading conditions. In this sense, the present work examined the fatigue behavior, through the four points bending beam test, in two asphalt mixtures: asphalt concrete with binder modified by polymer (COMPAFLEX 60/85) and asphalt concrete with binder modified by polymer and TLA (CAP TLA FLEX) addition. To obtain the beams of asphalt mixture, it was chosen to use a methodology of molding and compaction of the slabs in an asphalt plant, after this process the slabs were sawn in order to obtain the beams in set sizes, and these samples tested to verify the apparent density and degree of compaction. For the research, flexural fatigue tests were conducted in four points bending beam under controlled strain and stress modes, fatigue tests by diametrical compression (stress controlled) and tensile strength tests, all these conducted at a temperature of 25°C. It was also determined dynamic modulus of the mixtures at temperatures of 15°C, 20°C and 25°C. The results show that the methodology chosen for molding and compaction of the plates were appropriate because the samples showed targeted values of void volume, bulk density and degree of compaction, similar to those established in the mix design. Regarding the results obtained in fatigue tests by diametrical compression the mixture CA-TLA obtained values higher fatigue life compared to the mix CA-E, while in the bending test on four points, the controlled deformation, the mixture CA-E showed higher fatigue lifes. The test results of dynamic modulus of mixtures CA-TLA and CA-E were presented through classical representations of the isotherm curves, frequencytemperature, isochrone, Black space and cole-cole plane, showing that mixture CA-TLA presented higher stiffness in relation to mixture CA-E.

O fenômeno de fadiga é caracterizado pela deterioração estrutural que um material está sujeito quando submetido a um estado de tensões e de deformações repetidas, resultando assim, em um trincamento do pavimento, que pode até culminar na sua ruptura após um número suficiente de repetições de carregamento. Este processo é considerado como sendo a perda de resistência do material quando solicitado por uma carga repetida. Conhecer a resistência à fadiga de misturas asfálticas torna-se relevante para a formulação das misturas, para o dimensionamento de uma estrutura ou para a escolha de uma adequada solução em uma obra de recuperação do pavimento de uma rodovia. O ensaio laboratorial mais utilizado no Brasil para analisar a fadiga de misturas é o de tração indireta por compressão diametral em corpos de prova cilíndricos, contudo este ensaio apresenta algumas variáveis que diferenciam os resultados obtidos em laboratório com a realidade apresentada em campo. Neste sentido, o presente trabalho analisou o comportamento à fadiga, através do ensaio de flexão em viga quatro pontos, de duas misturas asfálticas: concreto asfáltico com ligante modificado por polímero (COMPAFLEX 60/85) e concreto asfáltico com ligante modificado por polímero e adição de TLA (CAP TLA FLEX). Para obter as vigas de mistura asfáltica optou-se por utilizar uma metodologia de moldagem e compactação das placas em uma usina de asfalto. Após este processo as placas foram serradas para obtenção das vigas nos tamanhos definidos, sendo estas amostras ensaiadas para verificação da densidade aparente e grau de compactação. Com o intuito de atingir o objetivo proposto foram realizados ensaios de fadiga à flexão em quatro pontos, sob modo de carregamento à deformação e tensão controlada, ensaios de fadiga por compressão diametral (tensão controlada) e ensaios de resistência à tração, sendo estes realizados à temperatura de 25°C. Também foi determinado o módulo dinâmico das misturas estudadas para as temperaturas de 15°C, 20°C e 25°C. Os resultados obtidos demonstram que a metodologia escolhida para a moldagem e compactação das placas foi adequada, pois as amostras apresentaram valores de volume de vazios, densidade aparente e grau de compactação semelhantes aos estabelecidos nos projetos das misturas. Em relação aos resultados obtidos nos ensaios de fadiga por compressão diametral a mistura CA-TLA obteve valores de vida de fadiga superiores em relação à mistura CA-E, enquanto no ensaio de flexão em quatro pontos, à deformação controlada, a mistura CA-E apresentou maiores vidas de fadiga. Os resultados dos ensaios de módulo dinâmico das misturas CA-TLA e CA-E foram apresentados através das representações clássicas nas curvas isotérmica, frequência‐temperatura, isócrona, espaço de Black e plano cole‐cole, mostrando que a mistura CA-TLA apresentou maior rigidez em relação a mistura CA-E. / The phenomenon of fatigue is characterized by structural deterioration when a material is subjected to a state of repeated stress and strain cycles, thus resulting in cracking of the pavement which may even result in its failure after a sufficient number of load repetitions. Considering the fatigue resistance of asphalt mixtures becomes relevant for the formulation of mixes, for the design of a pavement structure or for choosing an adequate solution for pavement rehabilitation in highways. The laboratory test commonly employed in Brazil to analyze the fatigue life of asphalt mixes is the indirect tensile test by diametrical compression in cylindrical specimens. However, this test presents some variables that differentiate the results obtained in laboratory with the in situ loading conditions. In this sense, the present work examined the fatigue behavior, through the four points bending beam test, in two asphalt mixtures: asphalt concrete with binder modified by polymer (COMPAFLEX 60/85) and asphalt concrete with binder modified by polymer and TLA (CAP TLA FLEX) addition. To obtain the beams of asphalt mixture, it was chosen to use a methodology of molding and compaction of the slabs in an asphalt plant, after this process the slabs were sawn in order to obtain the beams in set sizes, and these samples tested to verify the apparent density and degree of compaction. For the research, flexural fatigue tests were conducted in four points bending beam under controlled strain and stress modes, fatigue tests by diametrical compression (stress controlled) and tensile strength tests, all these conducted at a temperature of 25°C. It was also determined dynamic modulus of the mixtures at temperatures of 15°C, 20°C and 25°C. The results show that the methodology chosen for molding and compaction of the plates were appropriate because the samples showed targeted values of void volume, bulk density and degree of compaction, similar to those established in the mix design. Regarding the results obtained in fatigue tests by diametrical compression the mixture CA-TLA obtained values higher fatigue life compared to the mix CA-E, while in the bending test on four points, the controlled deformation, the mixture CA-E showed higher fatigue lifes. The test results of dynamic modulus of mixtures CA-TLA and CA-E were presented through classical representations of the isotherm curves, frequencytemperature, isochrone, Black space and cole-cole plane, showing that mixture CA-TLA presented higher stiffness in relation to mixture CA-E.

Na década de 1970, foi adotado para o projeto de pavimentos na França o princípio da “dissociação de funções das camadas do revestimento”. Principalmente foram destacados os parâmetros funcionais de conforto, segurança e redução do ruído à camada de rolamento/desgaste e estabelecidos maiores requisitos estruturais para as camadas subjacentes do pavimento. Destacam-se pelo seu uso corrente na França, Inglaterra, Alemanha, Espanha e EUA, para a camada de rolamento em vias de tráfego intenso e/ou pesado, os revestimentos asfálticos delgados e ultra delgados, produzidos e aplicados a quente, envolvendo o emprego de misturas com graduação descontínua. Essas misturas são empregadas principalmente para proteger a estrutura do pavimento e proporcionar maior segurança, qualidade de rolamento e redução do ruído do tráfego, isto é, preservar/melhorar a funcionalidade da rodovia, cabendo às camadas subjacentes do pavimento desempenhar adequadamente a função estrutural para resistir às cargas de tráfego. Esta pesquisa apresenta os procedimentos executivos de laboratório e de campo, bem como os resultados do estudo de dosagem e ao monitoramento das características funcionais de um revestimento asfáltico ultra delgado, composto por uma mistura asfáltica descontínua a quente e uma membrana elástica, num trecho experimental em rodovia de alto tráfego no Sul do Brasil. O estudo demonstra que a técnica pode ser utilizada no país para melhorar as condições superficiais do revestimento asfáltico em relação à segurança da via e redução de ruídos causados pelo tráfego ao meio ambiente. / In the 1970s, it was adopted for the design of pavements in France the concept of "separation of functions of wearing courses". Especially prominent were the functional parameters of comfort, safety and noise reduction for wearing courses and greater structural requirements established for the underlying layers of the pavement. For high-traffic highway wearing courses stand out for its current use in France, England, Germany, Spain and the U.S. thin and ultrathin gap-graded hot-mix asphalt. Such mixtures are used primarily to protect the pavement structure and provide greater safety, rolling quality and traffic noise reduction that is, to preserve / enhance the functionality of the highway, leaving the underlying layers of the pavement adequately perform the structural function to resist to traffic loads. The study presents lab and job executive procedures as well as results of mixing asphalt dosage design and monitoring related to the functional characteristics of an ultra-thin hot asphalt wearing course, consisting of a gap-graded asphalt mixture and an elastic membrane, carried out in a high-traffic highway trial. The survey shows that the technique can be used in Brazilian roads to improve the wearing course conditions regarding road safety and traffic noise reduction to the environment.

Dentre os diversos tipos de defeitos estruturais a que um pavimento está sujeito, a deformação permanente em trilha de roda da camada de rolamento é um dos mais importantes, pois além de propiciar uma degradação acelerada da estrutura do pavimento, ele reduz consideravelmente a segurança do usuário. Este trabalho pesquisa os processos que levam à deformação permanente de revestimentos asfálticos, utilizando como estudo de caso uma pista-teste localizada na Rodovia BR 376 PR, construída com a finalidade principal de estudar os afundamentos em trilha de roda. Foram executados 10 trechos, com 200 m de extensão cada um, em aclive, na 3ª faixa de rolamento, sujeita a tráfego pesado de caminhões lentos. Os trechos experimentais consistem de restauração de pista existente, onde foram executados diferentes tipos de revestimentos asfálticos, variando-se o tipo de graduação e também o tipo de ligante asfáltico, todas dosadas pelo método Marshall. Três dos dez trechos foram submetidos ao ensaio acelerado por um simulador de tráfego móvel de pista, em escala real. As misturas asfálticas foram igualmente ensaiadas em laboratório para verificação da dosagem por equipamento giratório francês e por simulador de tráfego tipo LPC. Além disso, foram extraídas placas do revestimento asfáltico da pista-teste as quais foram submetidas ao simulador de tráfego de laboratório. O objetivo central desta pesquisa foi de estudar a consistência dos resultados obtidos em campo e em laboratório, e a previsibilidade de deformações em campo através do método laboratorial. A pesquisa verificou e analisou a redução do volume de vazios das misturas asfálticas em pista e em laboratório associadas à deformação permanente, procurando relacionar a redução do volume de vazios com a deformação. A pesquisa mostrou que os ensaios de laboratório com o simulador de tráfego LPC podem ser empregados para prever as ocorrências de afundamentos em pista. Os resultados indicam a adoção do limite máximo de 5% de deformação permanente no equipamento de laboratório para os tipos de misturas asfálticas testadas para reduzir as possíveis ocorrências de deformações permanentes de revestimentos asfálticos sujeitos a tráfego muito pesado. Nas condições dos ensaios laboratoriais da pesquisa, que se aplicam à pista-teste, as misturas asfálticas mais recomendadas quanto à resistência à deformação permanente são as misturas com asfalto modificado por polímero SBS e RET, e as misturas com asfalto-borracha. Dependendo das características do ligante, o CAP 30/45 também pode ser empregado; no entanto, o CAP 50/70 mostrou-se inadequado para tráfego pesado e lento. A graduação é uma característica relevante para a estabilidade das misturas asfálticas, devendo os agregados estarem bem entrosados no caso das graduações contínuas e bem-graduadas; no entanto a macrotextura resultante deve ser estudada para evitar superfícies fechadas que reduzam a segurança dos usuários em pistas molhadas. Foram estudadas duas misturas descontínuas gap-graded que se mostraram adequadas para tráfego pesado quanto à deformação permanente e à textura superficial. A pesquisa mostra a importância da seleção criteriosa dos materiais e rigor nos estudos de dosagem, com determinação de propriedades mecânicas para melhor prever comportamento em campo de revestimentos asfálticos sujeitos a tráfego pesado e lento. / Among the many types of structural distresses that a pavement is subjected, wheel track rutting is one of the most important because it leads to accelerated deterioration of the pavement structure and also reduces the road safety. This research focus on the processes that lead to rutting in asphalt mixes, using experimental test sites located at Highway BR 376 PR (heavy and slow traffic), which were built with the primary purpose of studying wheel path depressions. Ten testing tracks of 200 m long (total of 2 km) were built on the third lane (upward sloping). The testing tracks were part of the rehabilitation of an existing pavement. Different asphalt mixtures were designed by the Marshall method, varying the aggregate size distribution and the type of asphalt binder. Three of the ten sections were subjected to Accelerated Pavement Testing by the Heavy Vehicle Simulator (in situ). The asphalt mixtures were also prepared and tested in laboratory by the French gyratory compactor and LPC traffic simulator, respectively, in order to verify the mixtures design. In addition, plates were extracted from the asphalt surfaces in the field and then subjected to the traffic simulator in laboratory. The main purpose of this study was to compare the permanent deformation of asphalt mixtures observed in the field to that obtained in the laboratory; and also to evaluate the prediction of permanent deformation based on laboratory evaluation. This research verified the correlation between reduction in the air voids of asphalt mixtures and rutting potential (samples extracted from the field and also prepared in laboratory were analyzed). The research showed that the LPC traffic simulator is a good device to predict permanent deformation of asphalt mixtures in the field. The results indicate 5% as the threshold for the permanent deformation in laboratory to reduce the occurrence of permanent deformation of asphalt mixtures subjected to heavy traffic. For the test conditions used, the mixtures that presented better resistance to permanent deformation were the ones with asphalt modified by SBS and RET, and the asphalt-rubber mixtures. Depending on the asphalt binder characteristics, the CAP 30/45 (classification by penetration) can be used; however the CAP 50/70 presented inadequate behavior for heavy and slow traffic. The aggregate gradation is another important parameter for the stability of asphalt mixtures, where the stones need to present a good interlocking and be wellgraded. The resulting macrotexture should also be evaluated to avoid surfaces with reduced safety to the users in wet conditions. Two mixtures with gap-graded gradation were evaluated and presented good results in respect to permanent deformation and superficial characteristics (texture). This research shows the importance of materials selection, design procedure, and mechanical behavior evaluation to predict the performance of asphalt surfaces subjected to heavy and slow traffic.

Esta pesquisa tem por objetivo contribuir para o melhor entendimento dos efeitos do fíler mineral sobre o comportamento mecânico de misturas asfálticas densas, particularmente em relação ao tipo e teor de fíler. O comportamento mecânico de misturas asfálticas densas foi avaliado em função do tipo e teor de fíler (diferentes propriedades físicas, geométricas, mineralógica e comportamento físico-químico), do tipo de agregado (diferentes origens mineralógicas) e do tipo de ligante asfáltico (diferentes consistências). Para alcançar o objetivo geral, a pesquisa foi dividida em três partes: o estudo da mistura asfáltica completa, através de ensaios mecânicos; o estudo do mástique, resultante da mistura de fíler com ligante asfáltico, através dos ensaios comumente aplicados aos ligantes asfálticos puros; e o estudo do comportamento de trincamento dos mástiques nas temperaturas intermediárias, através das características de energia fratura. A análise de variância dos resultados auxiliou na identificação dos fatores com influência significativa nas propriedades apresentadas pelas misturas e mástiques asfálticos. Quanto aos resultados de vida de fadiga, as misturas asfálticas compostas com cal hidratada apresentaram as maiores vidas de fadiga e quanto maior o teor de fíler, maior a vida de fadiga. Em relação à deformação permanente, as misturas asfálticas contendo o menor teor de fíler apresentam os menores valores de deformação não recuperável, enquanto que as misturas contendo o valor intermediário de fíler apresentam os maiores valores. As propriedades reológicas dos mástiques mostraram que a adição de fíler torna o ligante asfáltico mais rígido e a cal hidratada é o fíler que provoca o maior aumento do valor do G*. A elasticidade do mástique aumenta com a adição dos fileres e é mais expressivo para os mástiques compostos pelo fíler de cal hidratada e cimento Portland. Quanto maior o teor de fíler utilizado, maior a temperatura correspondente a G*/sen \'delta\' \'> ou =\' 1,0 kPa da especificação Superpave, o que pode se refletir em misturas asfálticas com maior resistência à deformação permanente. Nas propriedades a baixa temperatura, a utilização de maiores teores de fíler prejudicam a resposta ao trincamento a baixas temperaturas e diminuem a eficiência na dissipação das tensões formadas durante a contração do ligante asfáltico, quando a temperatura do pavimento cai abruptamente, aumentando a formação de trincas e fissuras. Analisando os resultados da energia de fratura, a adição de fíler no mástique diminui a resistência ao trincamento por fadiga nas temperaturas intermediárias, porém a presença de fíler na mistura durante o envelhecimento torna seus efeitos menos prejudiciais. / The objective of this research is to contribute to the better understanding of mineral filler effects on the mechanical behavior of hot mix asphalt (HMA), particularly related to the filler type and content. The hot mix asphalt mechanical behavior was evaluated according to: the filler type and content (different physical, geometrical, mineralogical properties, and the physical-chemical behavior); the aggregate type (different mineralogical source); and the asphalt binder type (different consistency). To reach the global objective, the research was divided in three parts: the study of the complete HMA, through the mechanical tests; the study of the mastic, resulting from mixture of mineral filler and asphalt binder, through tests commonly applied to pure asphalt binder; and the study of cracking performance behavior at intermediate temperature, through the fracture energy characteristics. The analysis of variance of the results assisted to identify the factors with significant influence in properties of the hot mix and mastic asphalt. Regarding the results of the fatigue life, the HMA composed with the hydrated lime presented the longer fatigue life and the higher the filler content the longer the fatigue life. Related to the permanent deformation, the HMA containing the lowest content of filler presented the lowest non-recoverable strain, while the HMA containing an intermediate value of filler presented the highest values. The mastics rheological properties showed that addition of filler makes the asphalt binder stiffer, and the hydrated lime causes the greatest increase of G*. The mastic elasticity increases with the filler, and its more notorious when the mastic is composed by the hydrated lime and Portland cement. The higher the filler content, the higher the temperature corresponding to G*/sen \'delta\' \'> ou =\' 1,0 kPa of the Superpave specification, which may be reflected in HMA with higher permanent deformation resistance. At low temperature properties, the use of higher filler content prejudice the low temperatures cracking response, and decrease the efficiency of stress dissipation formed during contraction of the asphalt binder when the pavement temperature drops abruptly, increasing the formation of cracks and fissures. Analyzing the energy fracture results, adding filler to the mastic decrease the cracking resistance by fatigue at intermediate temperature, but the filler presence in the mixture during aging makes the effect less damaging.

O processo industrial para fabricação de MDF - Medium Density Fiberboard - utiliza como combustível a casca de madeira Pinus, cuja queima gera um resíduo cinzas de granulometria fina, que constitui um problema ambiental por conter algumas substâncias em quantidade acima da permitida pela NBR 10004:2004, que o classifica como resíduo de classe II A - não inerte. O objetivo geral desta pesquisa é testar a hipótese de que o resíduo cinzas podem ser utilizadas como fíler em misturas asfálticas, mediante a verificação das propriedades de interesse à engenharia através de ensaios de laboratório: resistência à tração por compressão diametral, módulo de resiliência, vida de fadiga, dano por umidade induzida, estabilidade e fluência Marshall. Foram realizados ensaios para determinação da massa específica das cinzas - resíduo, inclusive com picnometria de gás hélio. Primeiramente, o fíler mineral foi substituído em massa pelo resíduo, optando-se, em função dos resultados preliminares, pela equivalência em volume. As dosagens Marshall, para as misturas contendo resíduo, resultaram em um teor ótimo de ligante praticamente constante, independentemente do teor utilizado (3,5% e 6,0%). Quanto às propriedades mecânicas, nos ensaios de resistência à tração, os maiores valores foram verificados para as misturas contendo 3,5% de fíler mineral, enquanto as misturas contendo cinzas - resíduo - apresentaram os menores valores. Os maiores valores de módulo de resiliência foram das misturas contendo maiores teores de fíler, sendo que o fíler mineral resultou em maior módulo de resiliência do que o resíduo. Na avaliação do dano por umidade induzida, apenas as misturas contendo 6,0% de fíler mineral se mostraram não susceptíveis, enquanto que as misturas contendo resíduo foram as que apresentaram maior susceptibilidade. O resíduo também diminuiu a vida de fadiga, sendo a diferença para as misturas com fíler mineral mais acentuada para o menor teor de fíler. Apesar dos resultados indicarem uma piora de características com a utilização do resíduo, os valores obtidos ainda se situam, na maioria dos casos, acima dos limites mínimos estabelecidos pelas normas técnicas, encorajando pesquisas adicionais, principalmente em função do problema ambiental representado pelas cinzas da queima da casca de Pinus. / The industrial production of MDF - Medium Density Fiberboard - uses Pinus wood skin as a fuel, which, after the burning process, generates a fine gradation residue, an ash that is an environmental problem due to the content of some substances, above the quantity allowed by the NRB 10004:2004, and it is classified as a class II-A - non-inert product. The general purpose of this work is to test the hypothesis that the residue can be use as a filler in hot-mix asphalt, through the evaluation of technological properties by laboratory tests such as indirect tension, resilient modulus, fatigue life, moisture susceptibility, Marshall stability and creep. The evaluation of specific gravity of the residue was done by the gas pycnometer method. Initially, the substitution of the mineral filler by the residue was done in terms of weight, but the preliminary results showed that the best option was the substitution in terms of volume. The Marshall mix design for mixtures containing the residue resulted in a binder content approximately constant for both residue contents considered in this work (3.5% and 6.0%). The indirect tension test results showed higher values for mixtures containing 3.5% of mineral filler, being the lowest values associated to mixtures that use residue. The higher the filler content, the higher the resilient modulus and mixtures with mineral filler presented higher resilient modulus values. Only the mixture with 6.0% of mineral filler passed the moisture susceptibility test, and mixtures with residue presented higher moisture susceptibility. The residue also weakened the fatigue life, being the difference higher for mixtures with lower filler content. Although the results show a worsening of asphalt mixtures properties due to the use of the residue as a filler, for most of the obtained results the value remained above the minimum acceptable by technical standards, encouraging further researches on this subject, mainly due to the environmental problem associated to the burning of Pinus wood skin.

The demand for pollution-free and recyclable engineering materials has been increased as the cost of energy and environmental concerns have risen. Green material design can lead to better environmental quality and sustainability of civil infrastructure. Road construction is one of the largest consumers of natural resources. Beneficial utilization of recycled materials can result in an important opportunity to save the mining and use of virgin materials, to preserve energy, and to save landfill space. Two main research questions addressed in this study are: (1) How much pollution, energy, natural resources, time and money can be salvaged by applying recycling materials to Hot-Mix Asphalt (HMA)?, (2) What are the optimum mix designs for those recycled materials in HMA?, and (3) Can multiple recycled materials be used at the same time to compensate each other*s drawbacks? This study evaluates the structural performance and environmental-economical cost and benefit by substituting one or a combination of three recycled materials in HMA. The three recycled materials are Recycled Asphalt Shingle (RAS), Municipal Solid Waste Incineration (MSWI) Bottom Ash, and Recycled Concrete Aggregate (RCA). Performance evaluation of the HMA including those recycled materials has been performed by a series of laboratory experimental tests while the environmental impact was investigated by the Life Cycle Assessment (LCA). In addition, Life Cycle Cost Analysis (LCCA) method has been employed to evaluate the benefit of the aforementioned recycled materials. In 2008, the Florida Legislature established a new statewide recycling goal of 75% to be achieved by the year 2020. The impact of this research aligns with this policy as it introduces a sustainable HMA that reduces the necessity of virgin aggregate and asphalt binder to 50% and 20%, respectively. In terms of environmental and economic impacts, in comparison with the regular HMA, it generates 25% less greenhouse gas emission, and for a period of 20 years, the cost of construction and maintenance would be 65% less.

Doctor of Philosophy / Department of Civil Engineering / Mustaque Hossain / The engineers from the Kansas Department of Transportation (KDOT) often have to decide whether or not to accept non-conforming Superpave mixtures during construction. The first part of this study focused on estimating lives of deficient Superpave pavements incorporating nonconforming Superpave mixtures. These criteria were based on the Hamburg Wheel-Tracking Device (HWTD) test results and analysis. The second part of this study focused on developing accelerated mix testing models to considerably reduce test duration. To accomplish the first objective, nine fine-graded Superpave mixes of 12.5-mm nominal maximum aggregate size (NMAS) with asphalt grade PG 64-22 from six administrative districts of KDOT were selected. Specimens were prepared at three different target air void levels @ N[subscript]design gyrations and four target simulated in-place density levels with the Superpave gyratory compactor. Average number of wheel passes to 20-mm rut depth, creep slope, stripping slope, and stripping inflection point in HWTD tests were recorded and then used in the statistical analysis. Results showed that, in general, higher simulated in-place density up to a certain limit of 91% to 93%, results in a higher number of wheel passes until 20-mm rut depth in HWTD tests. A Superpave mixture with very low air voids @ N[subscript]design (2%) level performed very poorly in the HWTD test. HWTD tests were also performed on six 12.5-mm NMAS mixtures with air voids @ N[subscript]design of 4% for six projects, simulated in-place density of 93%, two temperature levels and five load levels with binder grades of PG 64-22, PG 64-28, and PG 70-22. Field cores of 150-mm in diameter from three projects in three KDOT districts with 12.5-mm NMAS and asphalt grade of PG 64-22 were also obtained and tested in HWTD for model evaluation. HWTD test results indicated as expected. Statistical analysis was performed and accelerated mix testing models were developed to determine the effect of increased temperature and load on the duration of the HWTD test. Good consistency between predicted and observed test results was obtained when higher temperature and standard load level were used. Test duration of the HWTD can thus be reduced to two hours or less using accelerated mix testing (statistical) models.

A presente dissertação tem por objetivo avaliar o método Bailey de seleção granulométrica de agregados para misturas asfálticas, desenvolvido no Departamento de Transportes de Illinois (IDOT) e que vem sendo usado desde o início da década de 80. Atualmente, pesquisas têm sido desenvolvidas com o intuito de aperfeiçoar a seleção granulométrica e, conseqüentemente, o desempenho de misturas asfálticas, incluindo estudos a respeito do método Bailey. Trata-se de um método de seleção granulométrica por volume que, através de um modo sistemático de ajuste da graduação dos agregados na preparação de uma mistura asfáltica, proporciona um forte esqueleto de agregado para resistir à deformação permanente. Resulta, também, em um adequado volume de vazios no agregado mineral, o que permite um maior teor de ligante e aumento da durabilidade da mistura. Os resultados obtidos neste trabalho mostram que as misturas Bailey, independentemente do tipo de agregado (basalto ou gabro), apresentam melhores resultados do que as misturas convencionais e termos de relação módulo de resiliência –resistência à tração. Os resultados do ensaio de fluência por compressão uniaxial estática indicam um melhor desempenho da mistura Bailey com basalto, embora a mistura convencional com gabro tenha apresentado um comportamento ligeiramente superior ao da mistura Bailey com gabro. / The main goal of the master thesis is the evaluation of the Bailey method of gradation selection of aggregates for hot mix asphalt (HMA). The method was developed at the Illinois Department of Transportation (IDOT) and it has been used since the early 1980s. Many researches are intending to improve the gradation selection and, consequently, the performance of HMA, including studies about the Bailey method. It is a method that uses a systematic way of selection and adjustment of the aggregate gradation to provide a strong aggregate skeleton. It also provides an adequate amount of voids in the mineral aggregate that result in higher binder content and improved durability. The results obtained in this work show that Bailey asphalt mixtures, for both aggregates considered, are better than conventional mixtures in terms of resilient modulus – tensile strength ratio. The results of static creep tests indicate that the Bailey mixture with basalt aggregates presents the best performance among the evaluated asphalt mixtures.

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).