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Title: Avaliação da autocura de materiais asfálticos com adição e fibras de ácido graxo da borra de óleo de soja.
Other Titles: Evaluation of the self-healing of asphaltic materials with the addition of fatty acid fibers from soybean oil sludge.
???metadata.dc.creator???: FLÔR, Érika Vitória de Negreiros Duarte.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: LUCENA, Lêda Christiane de Figueirêdo Lopes.
???metadata.dc.contributor.referee1???: RODRIGUES, John Kennedy Guedes.
???metadata.dc.contributor.referee2???: DUARTE, Ana Maria Gonçalves.
???metadata.dc.contributor.referee3???: FREIRE, Reuber Arrais.
???metadata.dc.contributor.referee4???: BABADOPULOS, Lucas Feitosa de Albuquerque Lima.
Keywords: Self-healing multiescalar;Bio-óleo encapsulado;Fibras ocas;Autocura em macroescala;Autocura em microescala;Multi-scale self-healing;Encapsulated bio-oil;Hollow fibers;Macroscale self-healing;Microscale self-healing
Issue Date: 12-Feb-2026
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: FLÔR, Érika Vitória de Negreiros Duarte. Avaliação da autocura de materiais asfálticos com adição e fibras de ácido graxo da borra de óleo de soja. 2026. 194 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil e Ambiental) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil e Ambiental, Centro de Tecnologia e Recursos Naturais, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2026.
???metadata.dc.description.resumo???: O pavimento asfáltico está sujeito à ação de fatores como: oxidação, radiação solar, variações térmicas, tráfego repetido e umidade, que provocam o envelhecimento do ligante e o surgimento de microfissuras, as quais podem evoluir para macrofissuras e reduzir a vida útil do pavimento. Essas fissuras podem se regenerar automaticamente, em condições ambientais adequadas, devido à uma propriedade inerente dos materiais asfálticos denominada self-healing (autocura). Para potencializar esse fenômeno têm sido estudadas metodologias como o uso de rejuvenescedores encapsulados, que permitem a liberação controlada do agente de cura no interior da matriz asfáltica. A substituição de cápsulas por fibras melhora a distribuição dos rejuvenescedores na matriz asfáltica, além de eliminar a redução excessiva de rigidez associada à adição de cápsulas em misturas asfálticas. Nesse contexto, o ácido graxo da borra de óleo de soja é uma opção de rejuvenescedor sustentável, de baixo custo e capaz de restaurar as propriedades químicas e mecânicas do ligante envelhecido. Esta pesquisa investigou a capacidade de autocura de ligantes e misturas asfálticas com adição de fibras de ácido graxo provenientes da borra de óleo de soja, em diferentes proporções entre o material do invólucro e o rejuvenescedor, sendo elas: 1:1,5; 1:2,0; 1:2,5; 1:3,0 e 1:3,5. A metodologia consistiu em quatro etapas. Na primeira realizou-se o estudo das propriedades químicas do ligante asfáltico por meio da Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR – Fourier Transform Infrared Spectroscopy) e da Análise Termogravimétrica (TGA – Thermogravimetric Analysis). Na segunda etapa foram conduzidos ensaios reológicos no ligante, tais como Viscosidade Rotacional, Grau de Performance (PG – Performance Grade), Recuperação Não Linear por Múltiplos Ciclos (MSCR – Multiple Stress Creep and Recovery) e Varredura de Amplitude Linear (LAS – Linear Amplitude Sweep). Na terceira etapa foram avaliaradas as propriedades mecânicas das misturas asfálticas por meio dos ensaios de Resistência à Tração (RT), dano por umidade induzida, Módulo de Resiliência (MR), resistência à deformação permanente e ensaio de fadiga. Na quarta etapa, estudou-se a autocura dos materiais asfálticos: o ligante foi analisado em microescala por Microscopia Óptica (MO) e, para as misturas, empregou-se o ensaio de Flexão Semicircular Dinâmico (SCB dinâmico – Semi-Circular Bending) para avaliação em macroescala, além de análises por Microtomografia Computadorizada (TC – Computed Tomography) para investigar a autocura em microescala. Os resultados indicaram que a adição de fibras preservou a rigidez e a integridade estrutural do ligante asfáltico, mesmo sob acúmulo progressivo de danos. As formulações modificadas apresentaram maior resistência ao envelhecimento oxidativo com o aumento dos níveis de deformação, além de superior estabilidade térmica. Verificou-se também melhoria na resistência à deformação permanente e aumento de até seis vezes na resistência à fissuração por fadiga, em comparação ao ligante não modificado. Os ligantes modificados exibiram valores expressivos de Índice de Cura (IC), com aumento de 337,39% em relação à formulação sem fibras. Nas misturas asfálticas, a adição de fibras não alterou de forma significativa a resistência à tração, a rigidez ou a resistência à tração retida após dano por umidade induzida. Observou-se ainda melhora na resistência à deformação permanente, no desempenho à fadiga, no retardamento da propagação de fissuras, na resistência à fratura e na ductilidade sob carregamentos monotônicos. Quanto à cura, as análises obtidas por meio de MicroTC mostraram que as misturas modificadas apresentaram até 88,24% de aumento do IC em relação à mistura de referência, evidenciando o potencial das fibras na intensificação da autocura em ligantes e misturas asfálticas. Em contrapartida, as análises por meio do ensaio SCB mostraram-se inadequados para a avaliação da autocura em misturas asfálticas em razão de restrições metodológicas. De modo geral, fibras contendo ácido graxo oriundo da borra do óleo de soja mostram-se eficazes na promoção da autocura de materiais asfálticos.
Abstract: Asphalt pavement is subject to factors such as oxidation, solar radiation, thermal variations, repeated traffic, and humidity, which cause binder aging and the appearance of microcracks, which can evolve into macrocracks and reduce the pavement's lifespan. These cracks can regenerate automatically under suitable environmental conditions due to an inherent property of asphalt materials called self-healing. To enhance this phenomenon, methodologies such as the use of encapsulated rejuvenators have been studied, allowing for the controlled release of the healing agent within the asphalt matrix. Replacing capsules with fibers improves the distribution of rejuvenators in the asphalt matrix, in addition to eliminating the excessive reduction in stiffness associated with the addition of capsules in asphalt mixtures. In this context, fatty acid from soybean oil sludge is a sustainable, low-cost rejuvenator option capable of restoring the chemical and mechanical properties of aged binder. This research investigated the self-healing capacity of asphalt binders and mixtures with the addition of fatty acid fibers derived from soybean oil sludge, in different proportions between the casing material and the rejuvenator, namely: 1:1.5; 1:2.0; 1:2.5; 1:3.0 and 1:3.5. The methodology consisted of four stages. In the first stage, the chemical properties of the asphalt binder were studied using Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Thermogravimetric Analysis (TGA). In the second stage, rheological tests were conducted on the binder, such as Rotational Viscosity, Performance Grade (PG), Multiple Stress Creep and Recovery (MSCR), and Linear Amplitude Sweep (LAS). In the third stage, the mechanical properties of the asphalt mixtures were evaluated through tensile strength (TS), moisture-induced damage, resilient modulus (MR), resistance to permanent deformation, and fatigue tests. In the fourth stage, the self-healing of the asphalt materials was studied: the binder was analyzed on a microscale using Optical Microscopy (OM), and for the mixtures, the Semi-Circular Bending (SCB) test was used for macroscale evaluation, in addition to Computed Tomography (CT) analyses to investigate self-healing on a microscale. The results indicated that the addition of fibers preserved the stiffness and structural integrity of the asphalt binder, even under progressive damage accumulation. The modified formulations showed greater resistance to oxidative aging with increasing deformation levels, as well as superior thermal stability. Improvements were also observed in resistance to permanent deformation and an increase of up to six times in resistance to fatigue cracking, compared to the unmodified binder. The modified binders exhibited significant Healing Index (HI) values, with an increase of 337.39% compared to the fiber-free formulation. In asphalt mixtures, the addition of fibers did not significantly alter tensile strength, stiffness, or retained tensile strength after moisture-induced damage. Improvements were also observed in resistance to permanent deformation, fatigue performance, crack propagation retardation, fracture resistance, and ductility under monotonic loading. Regarding curing, analyses obtained through MicroTC showed that the modified mixtures presented up to an 88.24% increase in HI compared to the reference mixture, highlighting the potential of fibers in intensifying self-healing in binders and asphalt mixtures. Conversely, analyses using the SCB assay proved inadequate for evaluating self-healing in asphalt mixtures due to methodological limitations. In general, fibers containing fatty acid derived from soybean oil sludge have shown effectiveness in promoting the self-healing of asphalt materials.
Keywords: Self-healing multiescalar
Bio-óleo encapsulado
Fibras ocas
Autocura em macroescala
Autocura em microescala
Multi-scale self-healing
Encapsulated bio-oil
Hollow fibers
Macroscale self-healing
Microscale self-healing
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Civil e Ambiental
URI: https://dspace.sti.ufcg.edu.br/handle/riufcg/46917
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