A presente dissertação teve por objetivo analisar o comportamento de misturas asfálticas modificadas, pelo processo seco, com o copolímero etileno acetato de vinila (EVA), resíduo sólido descartado pela indústria calçadista. Em razão das características do EVA, acredita-se que ele possa melhorar as características mecânicas de misturas asfálticas e a resistência ao desgaste. A maioria dos pesquisadores tem direcionado seus esforços em estudos de misturas asfálticas modificadas pelo processo úmido, porém, devido à natureza do resíduo analisado neste trabalho, optou-se pelo processo seco, que demanda menos energia por não necessitar de moagem do material. A pesquisa compreendeu o estudo de amostras de misturas asfálticas não envelhecidas e com envelhecimento de duas e quatro horas em estufa, com moldagem de corpos-de-prova para realização dos ensaios de resistência à tração por compressão diametral estática, módulo de resiliência por compressão diametral, fluência por compressão uniaxial estática e dinâmica, vida de fadiga e desgaste por abrasão (ensaio Cantabro). Os resultados mostram que a utilização deste resíduo aumentou a resistência das misturas à fadiga e ao desgaste de forma significativa, porém as misturas tornaram-se mais susceptíveis à deformação permanente. O tempo de envelhecimento de curto prazo se mostrou importante, pois aumentou a resistência das misturas à fadiga e à deformação permanente. / The main purpose of the present master thesis was to analyze the behavior of modified hot-mix asphalt, through the dry process, with the copolymer ethylene vinyl acetate (EVA) discarded by the footwear industry. Since the EVA characteristics, it is believed that it can improve hot-mix asphalt mechanic characteristics and the wear and tear resistance. Most of the researchers have been addressing efforts in studies on modified hot-mix asphalt by the wet process, however, due to the nature of the solid residue analyzed in this work, the dry process will demand less energy for not needing of grinding. The research evolved the study of samples of asphalt mixtures not aged and with aging of two and four hours in oven, submitted to indirect tension test, resilient modulus, static and dynamic creep, fatigue life and loss due to abrasion (Cantabro test). The results show that the use of this residue increased the resistance of the mixtures to the fatigue and loss of mass due to abrasion, however the mixtures became more susceptible to the permanent deformation. The short-time aging was shown important, because it increased the resistance of the mixtures to the fatigue and the permanent deformation.

Esta dissertação apresenta um estudo da deformação permanente de misturas asfálticas à luz dos resultados de ensaios de fluência por compressão uniaxial estática e dinâmica. Para isso, um programa experimental completo foi desenvolvido combinando fatores relacionados às misturas asfálticas e às condições de ensaio. Foram produzidos corpos de prova de misturas asfálticas densas tipo CAUQ com asfalto convencional (CAP 50/70) e com asfalto modificado com polímero SBS (CAP 50/70+SBS), variando o volume de vazios em dois níveis, 4 e 7%, e a presença de aditivo em dois níveis, sem e com cal hidratada. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios de fluência com carregamentos estático e dinâmico em dois níveis de tensões, 0,1 MPa e 0,4 MPa, e em duas temperaturas diferentes, 40 e 50ºC. Essas condições do programa experimental permitiram observar o efeito do modificador SBS, da presença da cal e do volume de vazios nas misturas asfálticas, e entender o efeito da temperatura, do nível de tensão e do tipo de carregamento no comportamento de cada tipo de mistura asfáltica. Os resultados indicam que (i) a adição da cal promoveu redução de deformação acumulada somente nas misturas com ligante convencional (CAP 50/70); (ii) as misturas com volume de vazios de 7% apresentam maiores acúmulos de deformação permanente independente da presença de cal, do tipo de carregamento e da temperatura do ensaio, sendo maiores para a mistura asfáltica com CAP 50/70; (iii) as misturas com ligante modificado se mostraram menos sensíveis às variações da temperatura e do nível de tensão; (iv) e a melhora das características das misturas com asfalto modificado com polímero é detectada somente a partir de ensaios dinâmicos. / This paper presents a study of rutting on hot mixture asphalt (HMA) by means of static and dynamic creep tests. A full factorial experiment was developed considering factors related to HMA and to the test conditions. It was produced HMA (unmodified (CAP 50/70) and SBS modified binders) specimens at two different air voids (4 and 7%) and with or without hydrated lime. The specimens were submitted to static and dynamic creep tests at two stress levels, 0,1 MPa e 0,4 MPa, and two temperatures, 40 e 50ºC. These conditions of the experimental program allowed to observe the effects of the modifier SBS, the presence of the lime and the air voids in HMA, and to understand the effects of the temperature, stress and the type of loading on the behavior of each type of asphalt mix. The results indicate that (i) the addition of lime promoted reduction of accumulative deformation only in mixtures with conventional binder (CAP 50/70), (ii) mixtures with 7% air voids showed greater accumulation of permanent deformation regardless of presence of lime, the type of load and temperature of the test, mainly for the conventional HMA, (iii) the Polymer Modified Asphalt Hot Mix Asphalt (PMA-HMA) were less sensitive to temperature and the stress variation (iv) the improvement of the polymer modified asphalt mixture characteristics (PMA-HMA) were detected only on dynamic load conditions.

O objetivo desta pesquisa foi contribuir para o entendimento sobre a suscetibilidade ao dano por umidade de misturas asfálticas densas à luz dos ensaios da ASTM D 4867 e AASHTO T 283. Para isso, foi desenvolvido um programa experimental completo que considerou a variação, em dois níveis, dos seguintes fatores: tipo de asfalto (CAP 50/70 e CAP 50/70+SBS), presença de aditivo (sem e com cal) e modo de preparo (envelhecimentos em curto e em longo prazos). O programa experimental resultou em 8 tipos de misturas asfálticas (condições experimentais) que foram caracterizadas em suas propriedades originais e após um condicionamento térmico composto de uma fase de congelamento (-18º C por 16 horas) e uma fase de descongelamento (60º C por 24 horas). A partir das análises dos resultados foi possível constatar que (i) nenhuma mistura testada foi considerada suscetível ao dano por umidade, mas a relação de resistência à tração das misturas com CAP 50/70 de ambos os métodos se encontraram no limiar dos valores limites; (ii) as misturas com asfalto modificado, em geral, apresentaram maiores valores de módulo de resiliência e resistência à tração e foram mais resistentes à ação da água; (iii) a adição de cal não promoveu mudanças notáveis nas propriedades originais, no entanto contribuiu para a manutenção ou para o aumento da resistência ao dano por umidade; (iv) os envelhecimentos em curto e longo prazos dos métodos da ASTM e da AASHTO não provocaram mudanças importantes nas propriedades originais e após o condicionamento as misturas testadas exibiram tendências de comportamentos similares. / This research presents a contribution to understanding hot mix asphalt (HMA) moisture damage susceptibility according to ASTM D 4867 and AASHTO T 283 tests. A full factorial experiment design was carried out considering the factor variations, on two levels: asphalt type (CAP 50/70 and CAP 50/70+SBS), additive presence (with or without hydrated lime) and mixture procedure (short and long term aging). The experimental program resulted in 8 types of asphalt mixes (experimental conditions) which were characterized by the original properties and after a thermal conditioning wich consisted of a freezing phase (-18 °C for 16 hours) and a thawing phase (60 °C for 24 hours). Findings indicate that (i) no one mix was considered susceptible to moisture damage, however the ITR (indirect tensile ratio) of the CAP 50/70 mixes resulted ITR near to protocol admissible values; (ii) in general, CAP 50/70+SBS mixes presented higher resilient modulus, indirect tensile strength and indirect tensile ratio values, (iii) the addition of hydrated lime did not show remarkable changes in original properties, nevertheless it contributed for maintaining or increasing the moisture damage resistance; (iv) short and long term aging procedures (ASTM and AASHTO) did not cause important changes in original properties and after conditioning the mixes showed similar behavior tendencies.

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.

Esta pesquisa tem como objetivo estudar a relação entre parâmetros de compactação e de deformação permanente à luz dos ensaios de compactação giratória Superpave ® e de ensaios de compressão uniaxial estática e dinâmica. Foram estudadas 8 misturas asfálticas com a mesma granulometria (Faixa C) e tipo de agregado mineral (granito) porém variou-se o ligante asfáltico (CAP 50/70 e CAP 50/70+SBS), o volume de vazios (4% e 7%) e a adição de cal hidratada. A partir dos resultados do ensaio de compactação observou-se que a inclinação das curvas de compactação das misturas compactadas a 7% foram mais acentuadas do que as de 4% e os parâmetros incidentais deste ensaio foram sensíveis à presença de cal e à variação do asfalto das misturas testadas. Quanto aos resultados dos ensaios de creep estático e dinâmico, notou-se que as misturas com Vv de 4% e as com asfalto modificado apresentam menor suscetibilidade à deformação permanente, no entanto, essas vantagens do asfalto modificado foram observadas somente nos ensaios de creep dinâmico. No que se refere às relações entre os parâmetros de compactação e de deformação permanente, os ajuste não se mostraram promissores como verificado pela qualidade dos ajustes (R2) exceto para algumas relações com CDI e TDIm. / This research aims to study relations between compaction and permanent deformation by means of Superpave® gyratory compaction and static and dynamic creep tests. Thus, eight asphalt mixtures were evaluated which were composed by same type (granite) and gradation (dense) of mineral aggregate but two types of asphalt binder (Pen 50/70 AC and Pen 50/70+SBS AC), two different levels of air voids (4% and 7%) and the addition of hydrated lime. Compaction results indicated that curve slopes of 7% air void asphalt mixtures were stronger than the 4% ones, and compaction parameters were sensitive to lime addition and asphalt type change. Static and dynamic creep test results indicated that 4% air void and modified asphalt mixtures presented lower susceptibility to rutting, but, these modified asphalt advantages were observed only in dynamic creep tests. In regard to relation between compaction and rutting parameters, linear models did not fit accurately, excepting some CDI and TDIm ones.

Os pavimentos asfálticos brasileiros são projetados para durar, em média, 10 anos, contudo, em muitos casos, com poucos meses passados da abertura ao tráfego, começam a apresentar problemas que comprometem seu desempenho. Supõe-se que parte principal deste problema resida no fato de ser construído com revestimento asfáltico com espessura inferior às que são usadas nos países que nos servem de referência técnica, o que resulta em maiores esforços. Porém, além do aspecto estrutural, este trabalho aborda, principalmente, os efeitos na dosagem de misturas asfálticas, pois os critérios estabelecidos levam em conta o efeito do tráfego considerando estruturas com 15 cm ou mais de espessura do revestimento asfáltico. Portanto, a energia de compactação em laboratório considerada para a simulação do tráfego atuando em uma estrutura de pavimento com 15 cm de revestimento asfáltico não deve ser a mesma quando a espessura do revestimento for muito menor, pois as respostas estruturais, tensão e deformação, são muito diferentes nos dois casos, sendo as estruturas mais esbeltas submetidas a maiores solicitações do tráfego, o que deveria ser considerado quando da dosagem de misturas asfálticas em laboratório, particularmente no Brasil. Há outros agravantes, como a concentração de tensões associada à maior pressão de enchimento dos pneus e o tráfego de veículos com excesso de carga por eixo. O objetivo deste trabalho é propor uma tabela com faixa de valores do número de giros de compactação de misturas asfálticas, para diferentes níveis de tráfego, adaptada da tabela do Superpave e corrigida segundo critérios de análise de danos equivalentes em função da espessura de revestimento. Além da análise estrutural, teórica, foi desenvolvido um trabalho laboratorial, com misturas asfálticas dosadas pelo método Superpave, considerando-se todos os níveis de tráfego e os respectivos número de giros de projeto do compactador giratório. As misturas asfálticas foram projetadas para o teor ótimo de ligante correspondente a um volume de vazios de 4%. Os corpos de prova foram compactados segundo sete níveis de energia de tráfego, conforme estabelecido no método Superpave, com determinação de propriedades volumétricas (VAM, Vazios do Agregado Mineral, RBV, Relação Betume-Vazios, e TF, Teor de Fíler) e mecânicas (MR, Módulo de Resiliência, e RT, Resistência à Tração). Os resultados foram comparados pelos testes estatísticos não paramétricos U de Mann-Whitney e KS (Kolmogorov-Smirnov), que avaliam se duas amostras possuem distribuições de valores similares ou não. As propriedades volumétricas (VAM, RBV e TF) variaram significativamente com a energia de compactação, sendo que seus valores médios diminuíram com o aumento da energia de tráfego, enquanto que as propriedades mecânicas (MR e RT) apresentaram aumento de valor com o aumento da energia do tráfego de projeto, ainda que, em energias contíguas, tenha havido pequena diferença. Foi constatado maior influência da temperatura de realização de ensaios de MR e RT para os maiores níveis de energia de tráfego, ou seja, há maior diminuição de MR e RT com o aumento da temperatura para as misturas produzidas com um maior número de giros. Foi realizada análise estrutural com o programa ELSYM5, considerando-se diferentes espessuras de revestimentos asfálticos e propriedades semelhantes às das misturas asfálticas projetadas. Os resultados permitiram análises de vida de fadiga e de danos equivalentes, sob diferentes esforços, decorrentes de redução na espessura do revestimento ou de sobrecargas do tráfego. A vida de fadiga apresentou tendência de aumento com o nível de tráfego considerado para dosagem da mistura asfáltica, mas com tendência assintótica. O aumento da carga por eixo e da pressão de enchimento de pneus, quando associados à redução de espessura dos revestimentos asfálticos, pode levar a uma redução na vida de fadiga em cerca de 60 vezes, para pavimentos flexíveis, e em cerca de 10 vezes, para pavimentos semirrígidos. Na tentativa de amenizar os possíveis problemas que afetam o desempenho de nossos pavimentos, o número de giros usado no compactador giratório para projetar misturas asfálticas deve aumentar em cerca de 20% a 50% em pavimento flexível e de 4% a 30% em pavimento semirrígido, dependendo da energia de tráfego considerada em projeto, do tipo de estrutura selecionada e dos carregamentos veiculares aferidos. / Brazilian asphalt pavements are designed to last, on average, 10 years, however, in many cases, with only a few months after opened to traffic, they begin to present problems that compromise their performance. It is assumed that the main part of this problem resides in the fact that they are constructed with surface layers with thickness inferior to those that are used in the countries that serve as technical reference, which results in greater efforts. However, in addition to the structural aspect, this work mainly addresses the effects on the dosage of asphalt mixtures, since the established criteria take into account the effect of traffic considering structures with 15 cm or more of thickness of the asphalt layer. Therefore, the compaction energy in the laboratory considered for the simulation of the traffic acting on a pavement structure with 15 cm of asphalt layer should not be the same when the thickness of the surface layer is much smaller, since the structural responses are very different, with the leaner structures being submitted to higher traffic efforts, which should be considered when dosing asphalt mixtures in the laboratory, particularly in Brazil. There are other aggravating factors, such as the concentration of stresses associated with the higher tire inflation pressure and the traffic of overloaded vehicles. The objective of this work is to propose a table with a range of values of the number of gyrations for compaction of asphalt mixtures, for different levels of traffic, adapted from the Superpave table and corrected according to criteria based on analysis of equivalent damages as a function of the asphalt surface layer thickness. In addition to the structural analysis, a laboratory work was developed, with asphalt mixtures designed by the Superpave method, considering all traffic levels and the respective number of gyrations of the gyratory compactor. The asphalt mixtures were designed for the optimum binder content corresponding to an air void of 4%. The test specimens were compacted according to seven traffic energy levels, as established in the Superpave method, with determination of volumetric properties (VMA, Voids in Mineral Aggregates, VFA, Voids Filled with Asphalt, and DP, Dust Proportion) and mechanical properties (MR, Resilient Modulus, and TS, Tensile Strength). Results were compared by Mann-Whitney and KS (Kolmogorov-Smirnov) non-parametric statistical tests, which evaluate whether two samples have distributions of similar values or not. The volumetric properties (VMA, VFA and DP) varied significantly with the compaction energy, and their mean values decreased with increasing traffic energy, while mechanical properties (MR and TS) increased with increasing energy of the design traffic, although, in contiguous energies, there was little difference. It was observed a higher influence of the temperature of MR and TS tests for the higher levels of traffic energy, that is, there is a greater decrease of MR and TS with the temperature increase for the mixtures produced with a greater number of gyrations. Structural analysis was performed with the ELSYM5 program, considering different thicknesses of asphaltic coatings and properties similar to those of the projected asphalt mixtures. The results allowed fatigue life and equivalent damages analyzes under different stresses due to reduction of the thickness of the surface layer or traffic overloads. Fatigue life showed a tendency to increase with the level of traffic considered for mixture design, but with an asymptotic tendency. The increased axle load and tire inflation pressure, when associated with the reduction of the thickness of the asphalt layer, can lead to a reduction in fatigue life by about 60 times for flexible pavements and by about 10 times, for semi-rigid pavements. In an attempt to soften the possible problems affecting the performance of our pavements, the number of gyrations used in the gyratory compactor to design asphalt mixtures should increase by 20 to 50% in flexible pavement and from 4% to 30% in semi-rigid pavement, depending on the traffic energy considered in design, the type of structure selected and the measured vehicle loads.

Os pavimentos asfálticos brasileiros são projetados para durar, em média, 10 anos, contudo, em muitos casos, com poucos meses passados da abertura ao tráfego, começam a apresentar problemas que comprometem seu desempenho. Supõe-se que parte principal deste problema resida no fato de ser construído com revestimento asfáltico com espessura inferior às que são usadas nos países que nos servem de referência técnica, o que resulta em maiores esforços. Porém, além do aspecto estrutural, este trabalho aborda, principalmente, os efeitos na dosagem de misturas asfálticas, pois os critérios estabelecidos levam em conta o efeito do tráfego considerando estruturas com 15 cm ou mais de espessura do revestimento asfáltico. Portanto, a energia de compactação em laboratório considerada para a simulação do tráfego atuando em uma estrutura de pavimento com 15 cm de revestimento asfáltico não deve ser a mesma quando a espessura do revestimento for muito menor, pois as respostas estruturais, tensão e deformação, são muito diferentes nos dois casos, sendo as estruturas mais esbeltas submetidas a maiores solicitações do tráfego, o que deveria ser considerado quando da dosagem de misturas asfálticas em laboratório, particularmente no Brasil. Há outros agravantes, como a concentração de tensões associada à maior pressão de enchimento dos pneus e o tráfego de veículos com excesso de carga por eixo. O objetivo deste trabalho é propor uma tabela com faixa de valores do número de giros de compactação de misturas asfálticas, para diferentes níveis de tráfego, adaptada da tabela do Superpave e corrigida segundo critérios de análise de danos equivalentes em função da espessura de revestimento. Além da análise estrutural, teórica, foi desenvolvido um trabalho laboratorial, com misturas asfálticas dosadas pelo método Superpave, considerando-se todos os níveis de tráfego e os respectivos número de giros de projeto do compactador giratório. As misturas asfálticas foram projetadas para o teor ótimo de ligante correspondente a um volume de vazios de 4%. Os corpos de prova foram compactados segundo sete níveis de energia de tráfego, conforme estabelecido no método Superpave, com determinação de propriedades volumétricas (VAM, Vazios do Agregado Mineral, RBV, Relação Betume-Vazios, e TF, Teor de Fíler) e mecânicas (MR, Módulo de Resiliência, e RT, Resistência à Tração). Os resultados foram comparados pelos testes estatísticos não paramétricos U de Mann-Whitney e KS (Kolmogorov-Smirnov), que avaliam se duas amostras possuem distribuições de valores similares ou não. As propriedades volumétricas (VAM, RBV e TF) variaram significativamente com a energia de compactação, sendo que seus valores médios diminuíram com o aumento da energia de tráfego, enquanto que as propriedades mecânicas (MR e RT) apresentaram aumento de valor com o aumento da energia do tráfego de projeto, ainda que, em energias contíguas, tenha havido pequena diferença. Foi constatado maior influência da temperatura de realização de ensaios de MR e RT para os maiores níveis de energia de tráfego, ou seja, há maior diminuição de MR e RT com o aumento da temperatura para as misturas produzidas com um maior número de giros. Foi realizada análise estrutural com o programa ELSYM5, considerando-se diferentes espessuras de revestimentos asfálticos e propriedades semelhantes às das misturas asfálticas projetadas. Os resultados permitiram análises de vida de fadiga e de danos equivalentes, sob diferentes esforços, decorrentes de redução na espessura do revestimento ou de sobrecargas do tráfego. A vida de fadiga apresentou tendência de aumento com o nível de tráfego considerado para dosagem da mistura asfáltica, mas com tendência assintótica. O aumento da carga por eixo e da pressão de enchimento de pneus, quando associados à redução de espessura dos revestimentos asfálticos, pode levar a uma redução na vida de fadiga em cerca de 60 vezes, para pavimentos flexíveis, e em cerca de 10 vezes, para pavimentos semirrígidos. Na tentativa de amenizar os possíveis problemas que afetam o desempenho de nossos pavimentos, o número de giros usado no compactador giratório para projetar misturas asfálticas deve aumentar em cerca de 20% a 50% em pavimento flexível e de 4% a 30% em pavimento semirrígido, dependendo da energia de tráfego considerada em projeto, do tipo de estrutura selecionada e dos carregamentos veiculares aferidos. / Brazilian asphalt pavements are designed to last, on average, 10 years, however, in many cases, with only a few months after opened to traffic, they begin to present problems that compromise their performance. It is assumed that the main part of this problem resides in the fact that they are constructed with surface layers with thickness inferior to those that are used in the countries that serve as technical reference, which results in greater efforts. However, in addition to the structural aspect, this work mainly addresses the effects on the dosage of asphalt mixtures, since the established criteria take into account the effect of traffic considering structures with 15 cm or more of thickness of the asphalt layer. Therefore, the compaction energy in the laboratory considered for the simulation of the traffic acting on a pavement structure with 15 cm of asphalt layer should not be the same when the thickness of the surface layer is much smaller, since the structural responses are very different, with the leaner structures being submitted to higher traffic efforts, which should be considered when dosing asphalt mixtures in the laboratory, particularly in Brazil. There are other aggravating factors, such as the concentration of stresses associated with the higher tire inflation pressure and the traffic of overloaded vehicles. The objective of this work is to propose a table with a range of values of the number of gyrations for compaction of asphalt mixtures, for different levels of traffic, adapted from the Superpave table and corrected according to criteria based on analysis of equivalent damages as a function of the asphalt surface layer thickness. In addition to the structural analysis, a laboratory work was developed, with asphalt mixtures designed by the Superpave method, considering all traffic levels and the respective number of gyrations of the gyratory compactor. The asphalt mixtures were designed for the optimum binder content corresponding to an air void of 4%. The test specimens were compacted according to seven traffic energy levels, as established in the Superpave method, with determination of volumetric properties (VMA, Voids in Mineral Aggregates, VFA, Voids Filled with Asphalt, and DP, Dust Proportion) and mechanical properties (MR, Resilient Modulus, and TS, Tensile Strength). Results were compared by Mann-Whitney and KS (Kolmogorov-Smirnov) non-parametric statistical tests, which evaluate whether two samples have distributions of similar values or not. The volumetric properties (VMA, VFA and DP) varied significantly with the compaction energy, and their mean values decreased with increasing traffic energy, while mechanical properties (MR and TS) increased with increasing energy of the design traffic, although, in contiguous energies, there was little difference. It was observed a higher influence of the temperature of MR and TS tests for the higher levels of traffic energy, that is, there is a greater decrease of MR and TS with the temperature increase for the mixtures produced with a greater number of gyrations. Structural analysis was performed with the ELSYM5 program, considering different thicknesses of asphaltic coatings and properties similar to those of the projected asphalt mixtures. The results allowed fatigue life and equivalent damages analyzes under different stresses due to reduction of the thickness of the surface layer or traffic overloads. Fatigue life showed a tendency to increase with the level of traffic considered for mixture design, but with an asymptotic tendency. The increased axle load and tire inflation pressure, when associated with the reduction of the thickness of the asphalt layer, can lead to a reduction in fatigue life by about 60 times for flexible pavements and by about 10 times, for semi-rigid pavements. In an attempt to soften the possible problems affecting the performance of our pavements, the number of gyrations used in the gyratory compactor to design asphalt mixtures should increase by 20 to 50% in flexible pavement and from 4% to 30% in semi-rigid pavement, depending on the traffic energy considered in design, the type of structure selected and the measured vehicle loads.

Este trabalho teve como objetivo principal investigar, do ponto de vista volumétrico, qual seria o número de giros necessário, no Compactador Giratório Superpave (CGS), para produzir corpos de prova com características similares aos produzidos com a energia 50 golpes no compactador Marshall, para misturas tipo Stone Matrix Asphalt (SMA) com volume de vazios igual a 4%. Como complemento, realizaram-se dosagens no CGS com 100 giros, visando avaliar o impacto do aumento da energia de compactação no teor de projeto, também para volume de vazios igual a 4%, em comparação aos CPs compactados com o número de giros equivalente à Marshall determinada anteriormente. Foram utilizadas duas faixas granulométricas de misturas SMA: a com Tamanho Máximo Nominal (TMN) 7,93 mm do DER-SP e a com TMN 12,5 mm da AASHTO. Para todas as misturas foram avaliadas as propriedades mecânicas de corpos de prova com 4% de volume de vazios. Dos resultados dos ensaios concluiu-se que o número de giros no CGS para produzir misturas com volume de vazios igual a 4% nos teores de asfalto de trabalho Marshall são similares para as duas faixas granulométricas utilizadas. Por outro lado, a dosagem com 100 giros no CGS reduziu significativamente o teor de asfalto de trabalho para as duas faixas estudadas em comparação com os teores de trabalho obtidos das dosagens Marshall e no CGS com os números de giros equivalentes. Com relação às propriedades mecânicas, as resistências à tração e os módulos de resiliência dos corpos de prova produzidos com 100 giros no CGS são, de uma maneira geral, um pouco menores que os valores obtidos nos corpos de prova compactados no compactador Marshall, independente da faixa granulométrica, porém maiores que os valores obtidos para a compactação giratória nas energias equivalentes. A vida de fadiga para a faixa mais fina é significativamente maior para os corpos de prova compactados com 100 giros em comparação com a compactação Marshall e para a faixa mais grossa manteve-se na mesma ordem de grandeza da obtida para a compactação Marshall. Para as misturas ensaiadas, não foi constatado influência da compactação no dano causado pela umidade induzida / The aim of the work was to investigate, in terms of volumes properties, which would be the number of gyrations required in the Superpave Gyrations Compactor (SGC), to produce samples with characteristics similar to the energy produced with 50 blows in the Marshall Compactor, for Stone Matrix Asphalt (SMA) mixtures with voids content equal to 4%. As a complement, samples designed in the SGC with 100 gyrations, were made to evaluate the impact of increased compaction energy in the binder content, also for voids content equal to 4%, compared to the samples compacted with a number of gyrations equivalent to Marshall, as previously determined. It was used two different aggregates gradations for SMA mixtures: Nominal Maximum Size (NMS) 7,93 mm of the DER and the NMS 12,5 mm of the AASHTO. The mechanical properties of all samples were evaluated with voids content of 4%. The number of gyrations in the SGC to produce mixtures containing voids content equal to 4% for the Marshall`s binder content are similar for both aggregates gradations used. On the other hand, the SMA mixture design with 100 gyrations reduced the binder content for both gradations in comparison with the binder content obtained from Marshall Compaction and SGC with the equivalent number of gyrations. Concerning mechanical properties, the tensile strength and resilient modulus of the samples produced with 100 gyrations in the SGC are, generally, slightly lower than the values obtained with the samples compacted in the Marshall compactor, independent of the aggregate gradations, but higher than the values obtained with the samples compacted with a equivalent energy in the SGC. The fatigue life for the fine gradation (NMS=7,93mm) is significantly higher for the samples compacted in the SGC with 100 gyrations compared with the Marshall compaction, and for the coarse gradation (NMS=12,5 mm) remained in the same order of magnitude that of the Marshall compaction. It was not observed any influence of the compaction method in the induced damage caused by moisture

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In the middle western Brazil, in the state of Goiás, there is not advanced studies on asphalt mixtures used in highways and in urban pavements, and there is not a technical scientific proofing that the local aggregates available in the region, is the best option considering the local conditions. Forward better conditions of infrastructure, it is proposed to develop more efficient asphalt mixtures for pavements, by submitting the mixtures through analysis of mechanical strength and performance test, analyzing if the most used asphalts mixtures are satisfactory or not. The hot asphalt mixture are composed by aggregates and asphalt binders that are design in order to attend the parameters set in the projects according to demand and traffic types. In this research, it was proposed the study of six asphalt mixture design with different types of asphalt binders with the same aggregates origin in a different grain size range (Bands B and C). The binders used in this study are the conventional cement asphalt in the region, CAP 30/45 e 50/70 (Brazilian penetration grade), with low and medium penetration, respectively, and the polymer modified asphalt (AMP). The CAP 50/70 is the most used conventional binder in the region, followed by CAP 30/45. Tha AMP binder is not often used. The characterization tests of the materials that composed the mixture are presented and their selection and characterization attended the standardized procedures and requirements by the brazilian department responsible for highway structures (DNIT). In a second stage, the design tests were performed, combining aggregates and binders in different rates, by the Marshall Mix Design Method using manual compression, until the great design was obtained The laboratory tests were realized with this great design to analyze the mass loss and obtain its mechanical properties, given by the tensile strength (RT). Performance tests were realized to obtain its resilient modulus (MR) and, using wheel tracking test, to obtain the permanent deformation (DP). The results showed that the common hot mixture asphalt used in the region (range C and CAP 50/70), is not a good option, because its performance is not satisfactory. Therefore, the range to be used, and the binder, must be analyzed for each traffic level. It is also recommended to evaluate the Marshall methodology for design mixtures, considering mainly the compression way and the determination of the maximum densities. / A malha rodoviária brasileira é composta, principalmente, por pavimentos do tipo flexível ou asfáltico, que devem, para promover a segurança ao tráfego nas rodovias, suportar os efeitos das mudanças de clima e resistir ao fluxo de veículos. Para isso, a estrutura do pavimento é particularmente importante e deve ser constituída por camadas que distribuam as cargas a que estão submetidas, minimizando os esforços verticais produzidos pela ação do tráfego e, consequentemente, oferecendo proteção ao subleito. Em busca de melhores condições de infraestrutura no estado de Goiás, propôs-se avaliar se as misturas asfálticas mais utilizadas na região são consideradas satisfatórias ou não, visto que inexistem estudos desenvolvidos sobre o assunto. As misturas asfálticas a quente são compostas de agregados e ligantes, que são dosados de forma a atender os parâmetros determinados nos projetos de acordo com a demanda e tipos de tráfego. Nesta pesquisa, foi proposto o estudo da dosagem de seis projetos de misturas, com diferentes tipos de ligantes asfálticos para agregados de mesma origem nas faixas granulométricas mais utilizadas na região (Faixas B e C). Foram utilizados ligantes convencionais CAP 30/45 e 50/70, com baixa e média penetração, respectivamente, e asfalto modificado com polímero (AMP). Dos ligantes convencionais, o CAP 50/70 é o mais utilizado na região, seguido do CAP 30/45, já o AMP ainda não é frequentemente utilizado. Foram realizados ensaios de caracterização dos materiais que compõem as misturas, que seguiram os procedimentos e requisitos normatizados pelo Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes (DNIT). Em uma segunda etapa, foram realizados ensaios de dosagem, combinando agregados e ligantes em diferentes taxas até que, por meio da metodologia Marshall com compactação manual, fosse obtida a dosagem considerada ótima para cada mistura estudada. Com essas dosagens, foram realizados ensaios em laboratório, para análise de desgaste, de desempenho das misturas e de suas propriedades mecânicas, por meio da determinação da resistência à tração por compressão diametral, do módulo de resiliência e da deformação permanente. Os resultados obtidos demonstraram que a mistura asfáltica mais comum de ser utilizada como camada de rolamento na região (Faixa C e CAP 50/70) não apresenta comportamento satisfatório. Dessa forma, a faixa granulométrica a ser utilizada deve ser repensada, bem como o tipo de ligante a ser utilizado para cada nível de tráfego. Recomenda-se, também, a reavaliação da utilização da metodologia Marshall para dosagem das misturas, principalmente na questão da forma de compactação e na determinação das densidades máximas.