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Modified marshall mix design method for asphalt roads in hot and arid climate

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El-Atrash, Khlifa (2020). Modified marshall mix design method for asphalt roads in hot and arid climate. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Rheological properties of asphalt mix materials, prevailing temperatures, level and rate of loading time have substantial effects on the performance of asphalt concrete pavements. Thus, they must be given appropriate consideration during asphalt mix design.

Most of all developing countries rely on the empirical Marshall mix design (MMD) method to obtain homogeneous mixtures for asphalt roads. However, the MMD method does not take into account the climatic conditions, the level of compaction, and the asphalt binder properties required for hot and arid climates.

The migration to more appropriate asphalt mix design methods such as the Superpave method, requires the purchase of expensive equipment, training of operators, and excludes all the laboratories, and the equipment currently used in these countries for asphalt mix design.

The solution proposed in this thesis is to resort to a hybrid approach whereby the traditional MMD method is enhanced to also consider the environmental conditions of these regions. This approach is based on the integration of the characteristics of new asphalt binders (performance grade or modified asphalt) and the compaction test performed with the gyratory compactor as associated to the Superpave mix design (SMD) method.

This proposed Modified Marshall Method (3M) is cost-effective because it does not require expensive equipment and tools (except the gyratory compactor), is relatively easy-to-use, and does not require substantial training for operators and engineers.

The results of the laboratory investigations conducted as part of this thesis show substantial improvement of the properties of asphalt mixtures and an equally substantial increase in performance, indicative of extended pavement life in hot and arid (HA) climates with minimal additional equipment as proposed in modified Marshall method.

Titre traduit

Méthode modifiée de conception d'un mélange Marshall pour les routes asphaltées en climat aride et chaud

Résumé traduit

Les propriétés rhéologiques des enrobés bitumineux, la température ambiante et le taux de chargement ont un effet déterminant sur la performance des chaussées en béton bitumineux. Ces paramètres doivent donc être pris en compte de manière appropriée lors de la conception des enrobés bitumineux.

La plupart des pays en développement s'appuient sur la méthode empirique des mélanges Marshall pour obtenir des mélanges homogènes. Cependant, la méthode Marshall ne répond pas aux conditions climatiques; et -ne simule pas les conditions de compactage des enrobés bitumineux d'autant plus importantes dans les climats chauds et arides.

La migration vers des méthodes de formulation plus appropriées et par ailleurs plus récentes pour les enrobés bitumineux, telles que la méthode Superpave nécessite l'acquisition de nouveaux équipements coûteux et la formation des opérateurs, et exclut presque tous les équipements qui sont actuellement utilisés, dans ces pays.

L'approche préconisée et justifiée dans cette thèse consiste à recourir à une approche hybride, dans le cadre de laquelle la méthode traditionnelle de la Marshall est améliorée pour tenir compte d'une part compte des conditions environnementales de ces régions et d'autre part d’un compactage plus représentatif des conditions réelles de chantier. Ce complément repose sur l'intégration des caractéristiques des nouveaux liants bitumineux (bitume de performance ou bitume modifié) et l'essai de compactage réalisé avec la presse à cisaillement giratoire propre à la méthode de formulation Superpave.

La méthode Marshall modifiée (3M) proposée est intéressante parce qu'elle ne nécessite pas d'équipement et d'outils coûteux, hormis le compacteur giratoire, lequel est-relativement facile à utiliser et ne nécessite pas de formation importante. Elle améliore les propriétés des enrobés et augmente la durée de vie de la chaussée dans les régions chaudes et arides. La méthode 3M pourrait être utilisée dans les pays en développement dans les années à venir.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 123-133).
Mots-clés libres: presse à cisaillement giratoire (PCG), superpave, Marshall, laboratoire, climat, enrobé, formulation
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Assaf, Gabriel
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 22 juill. 2020 20:04
Dernière modification: 22 juill. 2020 20:08
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2504

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