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Complex modulus and fatigue baviour of recycled hot mix asphalt : laboratory investigation and modelling at the material levels

Basueny, Asmaa (2016). Complex modulus and fatigue baviour of recycled hot mix asphalt : laboratory investigation and modelling at the material levels. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

The amount of available RAP (Recycled Asphalt Pavement) material in Canada is considerable and continually increasing, and the use of RAP as a component in new mixes is strongly supported by the asphalt industry. However, the use of mixtures containing RAP has not been investigated in great detail, so it is essential to explore whether this material has a positive effect on the fatigue life of asphalt pavement.

Fatigue from repeated traffic loading, is considered one of the major distress occurring in flexible pavement systems. Previous studies have been conducted to understand how fatigue appears in pavement and how to model this phenomenon. However, there are no research studies in this area that works on developing prediction models for mixtures containing RAP.

The objectives of this study are to evaluate the impact of the addition of RAP on complex modulus and fatigue, and to modify the fatigue prediction equation accordingly. For that, tension-compression complex modulus tests at various frequencies and temperature were performed, as well as tension-compression fatigue tests. A total of 11 mixes, with one type of RAP, four different percentages of RAP (0%, 15%, 25%, and 40%), one type of Virgin aggregate, and two types of asphalt binders, were made in two different production methods: RAP added Cold or RAP added Hot. Also those mixtures include samples of aged RAP which will be blended with new aggregate and new asphalt materials to produce different recycled mixtures.

The results have shown that the dynamic modulus of the recycled mixtures made with RAP added hot show some differences from the control mixture and control mixture incorporating RAP (25% and 40%) were found at the higher and lower test temperatures, but the 15% RAP mixture had dynamic modulus curves similar to that of the control mixture.

Fatigue test results show that adding up to 25% RAP had little effect on fatigue performance. However fatigue life increased with the addition of 40% RAP. Fatigue prediction models were improved with considering the inclusion of added RAP up to 25% and up to 40% using the phenomenological approach and presented in verification of the two failure criteria. Those models provide prediction of the fatigue life of the recycled mixtures throughout the results of fatigue tests of the mixture containing no RAP. Mathematical models to predict the fatigue life of the recycled mixture were also developed.

Titre traduit

Module complexe et comportement en fatigue des enrobes recyclés à chaud : étude en laboratoire et modélisation à l'échelle du matériau

Résumé traduit

La quantité de GBR (Granulats Bitumineux Recyclés) disponible au Canada est considérable et en constante augmentation, et l’utilisation des GBR dans les nouveaux enrobés est bien supportés par l’industrie de la construction. Cependant, l’utilisation d’enrobés avec GBR n’a pas été étudiées trop en détail, et l’étude de l’impact de l’ajout de GBR sur la résistance en fatigue des enrobés est essentielle.

La fatigue des enrobés est une des dégradations principales observées dans les chaussées bitumineuses. Plusieurs études pour mieux comprendre la fatigue et comment la modéliser ont déjà été effectuées. Par contre, il y a peu d’étude qui fait le lien entre la fatigue et l’ajout de GBR.

L’objectif de cette étude est d’évaluer l’impact de l’ajout de GBR sur le module complexe et la fatigue des enrobés et aussi de modéliser le comportement en fatigue des enrobés avec GBR. Pour ce faire, des essais de module complexe et de fatigue en traction-compression ont été effectués. Un total de 11 mélanges avec une source de GBR, 4 pourcentages de GBR (0%, 15%, 25% et 40%), un type de granulat, deux grades de bitume ont été fabriqué selon deux méthodes, soit avec GBR ajouté froid ou bien ajouté chaud. De plus, ces échantillons contiennent du GBR vieilli artificiellement avant d’être mélangé à des granulats et du bitume neuf.

Les résultats montrent que le module complexe change par rapport à l’enrobé de référence lorsque 25% et 40% de GBR sont ajouté chaud, mais il y a très peu de différence lorsque seulement 15% de GBR sont ajoutés.

Les résultats de fatigue montrent peu d’effet avec l’ajout de 25% de GBR. Par contre, la durée de vie en fatigue augmente avec l’ajout de 40% de GBR. Les modèles de prédiction de la fatigue ont été améliorés pour les enrobés avec jusqu’à 25% de GBR et jusqu’à 40% de GBR en utilisant une approche phénoménologique qui a été vérifiée selon deux critères en fatigue. Des modèles mathématiques de prédiction de la fatigue ont également été développés.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy". Bibliographie : pages 491-506.
Mots-clés libres: Revêtements en asphalte Recyclage Propriétés mécaniques. Revêtements en asphalte Recyclage Fatigue. Revêtements en asphalte Recyclage Adjuvants. Revêtements en asphalte Recyclage Modèles mathématiques. Chaussées Comportement Essais. bitumineux, complexe, granulat, module, recycle, granulats bitumineux recyclés (GBR), performances de laboratoire, l’approche phénoménologique, durée de vie en fatigue, modèles prédictifs de fatigue
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Carter, Alan
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Perraton, Daniel
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 21 mars 2017 14:04
Dernière modification: 21 mars 2017 14:04
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1842

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