Study of a hot asphalt mixture response based on energy concepts

The main objective of the research reported in this paper is to determine the response of a hot mix asphalt (HMA) in terms of both the tensile strength and energy parameters (based on the assessment of the force-displacement curve) as potential tools for improving the HMA mixture design. The HMAs analyzed were fabricated using a 60-70 penetration asphalt binder, dense-graded aggregate, mineral filler, and different types and contents of mineral filler replacements (i.e., lime, cement, and fly ash). The indirect tensile test was conducted to determine both the HMA tensile strength and force-displacement curve, which allowed for the computation of the HMA toughness as well as the energies involved in the process before and after reaching the tensile strength. Corresponding results suggest that the replacement of mineral filler by cement, lime, and fly ash modified the HMA response in terms of both the tensile strength and energy parameters. In addition, analysis of the energy parameters discussed proved to be useful for determining the optimum mineral filler content of HMA. Consequently, analysis of these energy parameters can benefit the HMA mixture design process. // El objetivo principal de la investigación fue determinar el comportamiento de una mezcla asfáltica en función de la resistencia a la tracción indirecta y parámetros de energía (calculados en función de la curva fuerza-desplazamiento) como herramientas potenciales para mejorar el diseño de mezclas asfálticas. Las mezclas asfálticas analizadas fueron fabricadas con asfalto de penetración 60/70, granulometría cerrada md10 y relleno mineral en diferentes porcentajes y materiales (cal, cemento y ceniza volante). El ensayo de tracción indirecta se utilizó para determinar la resistencia máxima a la tracción y la curva fuerza-desplazamiento, a partir de la cual se calcularon la tenacidad de la mezcla y las energías involucradas en el proceso antes y después de alcanzar la resistencia máxima. Los resultados obtenidos sugieren que reemplazar el relleno mineral por cemento, cal o ceniza volante modifica el comportamiento de la mezcla asfáltica en términos de la resistencia a la tracción y los parámetros de energía. Adicionalmente, el análisis de los parámetros de energía discutidos es útil para establecer el contenido óptimo del relleno mineral. En consecuencia, el análisis de estos parámetros de energía puede beneficiar el proceso de diseño de mezclas asfálticas.Peer ReviewedPostprint (published version

Effect of filler nature and content on the bituminous mastic behaviour under cyclic loads

The role of the filler in asphalt mixtures is particularly important because of its influence on mastic behaviour. The filler improves the resistance properties of bitumen against the action of traffic loads and temperature. However, the filler can also adversely affect bitumen in mastics excessively brittle and stiff due to inappropriate design. For these reasons, it is interesting to investigate the effect of filler type and content on mastic composition. This paper presents results from a strain sweep test applied to bituminous mastics prepared with different filler types and contents at several temperatures. The obtained stiffness modulus and failure strain results provide information to assess the fatigue behaviour of the analysed mastics.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Análisis de sistemas asfalto-agregado a partir de mediciones de energía superficial libre

La energía superficial libre (ESL) es una propiedad termodinámica fundamental de los materiales que puede ser empleada para cuantificar la calidad de la adhesión entre diversos materiales, la susceptibilidad de éstos a perder su adhesión por la presencia de agua en el sistema y la capacidad del recubrimiento de un material sobre otro con diferentes valores de ESL (i.e., humectabilidad). Estos principios son aplicables a diferentes materiales, incluidos los sistemas asfalto-agregado (i.e., mezclas asfálticas). El presente trabajo tiene como objetivo principal presentar un análisis, basado en mediciones de ESL de los materiales constitutivos de las mezclas asfálticas, mediante el cual se puede cuantificar la calidad de la adhesión, la susceptibilidad al daño por humedad y la calidad del recubrimiento del asfalto sobre el agregado en diversos sistemas asfalto-agregado. Las mediciones de ESL de asfaltos y agregados fueron realizadas en laboratorio a través del método de la Placa Wilhelmy y de la Máquina de Adsorción Universal (USD), respectivamente. Los materiales evaluados incluyeron asfaltos colombianos y agregados de origen colombiano y norteamericano. El análisis específico consistió en evaluar el efecto de procesos industriales de modificación y la adición de llenante mineral sobre la calidad de la adhesión, la susceptibilidad al daño por humedad y la humectabilidad de diversos sistemas asfalto-agregado. Los resultados sugieren que la medición de la ESL de asfaltos y agregados es una herramienta eficiente para evaluar la compatibilidad y el desempeño esperado de diversos sistemas asfalto-agregado, así como los cambios inducidos a nivel fundamental por diferentes procesos propios de la fabricación de mezclas asfálticas (e.g., adición de llenante mineral)

Efecto del contenido de solventes en larespuesta mecánica y la compactabilidadde mezclas asfálticas elaboradas con crudopesado de pavimentación de Castilla

The paving-heavy crude oils (PHCO) are natural cut-back asphalts composed by a high content of asphalt cement and a portion of solvents. These materials have been used in Colombia since the 90’s to improve low volume traffic roads. The existence of solvents in the PHCO allows mixing it with the aggregates in cold conditions. Then, before compaction, these asphalt mixtures require a curing process (i.e., process of partial loss of solvents from the PHCO) to ensure its proper performance. However, at present there is no consensus on the loss of solvents to specify for the curing process of mixtures fabricated with PHCO. Given this situation, this study assesses the effect of the partial content of solvents on both the mechanical response and compactability of asphalt mixtures produced using PHCO from the Castilla’s oil field (CA); a material extensively used in the East region of Colombia. The study included conducting and analyzing conventional characterization tests of the mixture constituent materials, surface free energy testing on both mastics and the aggregate, mix design, and characterization of both mechanical response and compactability of the mixtures fabricated using the CA and a control asphalt. Corresponding results led to identify and quantify a progressive improvement in both the adhesion quality of the mastic-aggregate interfaces and the mechanical response of the asphalt mixture as a function of the reduction of the solvents. These results suggest the convenience of compacting the asphalt mixtures fabricated using the CA after allowing a loss of 50% of the solvents obtained from the CA via atmospheric distillation at 360°C.Los crudos pesados de pavimentación (CPPs) son asfaltos líquidosnaturales compuestos por un alto contenido de cemento asfáltico y unaporción de solventes. Estos materiales han sido empleados en Colombiadesde los años90s para mejorar vías de bajo volumen de tránsito. Laexistencia de solventes en los CPPs permite que éstos sean mezcladoscon los agregados en frío. Posteriormente, para garantizar su adecuadodesempeño, estas mezclas asfálticas requieren de curado (i.e., proceso depérdida parcial de solventes de los CPPs), previo a su compactación. Noobstante, a la fecha no existe consenso sobre la pérdida de solventes aespecificar en el proceso de curado de mezclas fabricadas con CPPs. Dadaesta situación, el presente estudio evalúa el efecto del contenido parcial de solventes sobre la respuesta mecánica y la compactabilidad de mezclasasfálticas elaboradas con el CPP del campo de Castilla (CA); materialde amplio uso en el oriente colombiano. El estudio incluyó la ejecucióny análisis de ensayos de caracterización convencional de los materialesconstitutivos de la mezcla, ensayos de energía superficial libre de másticosy agregado, diseño de mezclas, y caracterización de la respuesta mecánicay compactabilidad de mezclas asfálticas fabricadas con el CA y un asfaltode control. Los resultados permitieron identificar y cuantificar mejorasprogresivas en la calidad de la adhesión de las interfases mástico-agregadoy en la respuesta mecánica de la mezcla asfáltica en función de la reduccióndel contenido de solventes. Estos resultados sugieren la convenienciade compactar las mezclas asfálticas fabricadas con el CA después depermitir la pérdida del 50%de solventes extraíbles del CA vía destilaciónatmosférica a 360◦C

Tomografía computarizada con rayos-x y sistema de imágenes de agregados (aims) para el estudio de mezclas asfálticas y agregados

La caracterización de las propiedades de los materiales empleados en ingeniería de pavimentos es fundamental pa-ra garantizar diseños confiables, estructuras durables y planes de mantenimiento y rehabilitación efectivos. Este artí-culo describe dos técnicas no destructivas basadas en la toma y procesamiento de imágenes que han sido exitosa-mente empleadas para caracterizar materiales de pavimentos: 1) tomografía computarizada con rayos-X, y 2) Siste-ma de Imágenes de Agregados. La primera técnica permite caracterizar la estructura interna de mezclas asfálticas con el fin de analizar y modelar su desempeño. En particular, esta técnica ha permitido estudiar el contenido, tama-ño, distribución y conectividad de los vacíos y la relación de estas variables con la susceptibilidad al deterioro por la presencia de humedad, la capilaridad y la permeabilidad de las mezclas. El Sistema de Imágenes de Agregados fue desarrollado para caracterizar las propiedades morfológicas de los agregados (i.e., forma, angularidad y textura), técnica que proporciona importantes ventajas con respecto a los ensayos estándar ya que las mediciones son obje-tivas, de rápida ejecución, repetibles y reproducibles. El objetivo de este documento es describir los aspectos teóri-cos básicos y algunas aplicaciones recientes de estas técnicas que representan nuevas herramientas para mejorar los procesos de caracterización de los materiales empleados en ingeniería de pavimentos.Achieving reliable pavement design, durable roadway structures and effective maintenance and rehabilitation plans requires the suitable characterisation of the materials used in pavement construction. This paper describes two non-destructive techniques based on image acquisition and analysis and their successful application in pavement engi-neering: X-ray computed tomography (X-ray CT) and aggregate imaging system (AIMS). The former has been used for characterising the internal structure of asphalt mixes to analyse and model their performance; it has been particu-larly used for studying the content, size, distribution and connectivity of air-voids and these variables’ relationship with moisture damage susceptibility, capillarity and permeability within the mixes. AIMS was intended for characterri-sing aggregates’ morphological properties (i.e., form, angularity and texture). This technique provides important ad-vantages regarding the standard methods used for obtaining the same aggregate properties: it is objective, reliable, reproducible and can be carried out quickly. This paper was aimed at describing these two techniques’ theoretical backgrounds, mention some recent applications and provide insight into how existing characterisation of materials used in pavement construction can be improved

Evaluación de la calidad de la adhesión generada por el crudo pesado de pavimentación de castilla con contenido parcial de solventes

El impacto negativo en el crecimiento social y los altos sobrecostos en la producción agrícola son en buena parte generados por la ausencia de infraestructura vial terciaria y secundaria en el país. Sumado a esto, los materiales convencionales empleados en la conformación de pavimentos asfálticos son cada vez menos accesibles y asequibles. Por lo que optar por nuevas fuentes (e.g., materiales alternativos; que sean económica, social y ambientalmente viables) con propiedades físicas, químicas, mecánicas, y reológicas adecuadas, y que suplan los requerimientos técnicos para su implementación en estructuras viales es una necesidad imperante en el país y en la mayor parte del planeta. El Crudo Pesado de Pavimentación de Castilla (CA) ha sido empleado como material no convencional desde hace tres décadas aproximadamente en vías de bajo volumen de tránsito (BVT) (o vías terciarias); sin embargo, no se cuenta aún con especificaciones técnicas que se ajusten a su naturaleza particular y promuevan su empleo. Un Crudo Pesado de Pavimentación (CPP) está constituido básicamente por cemento asfáltico y solventes. En este proyecto de investigación se evaluó el efecto de la pérdida de solventes del CA (i.e., 25%, 50%, y 100% de solventes perdidos) a través de caracterización convencional básica de ligantes asfálticos y evaluación de parámetros de energía obtenidos a partir de la Energía Superficial Libre (ESL) de los ligantes y el agregado. Asimismo, se analizó la influencia de esta pérdida de solventes sobre el diseño de mezcla asfáltica, la respuesta mecánica de la mezcla, y su índice de compactibilidad. Los resultados fueron comparados con los obtenidos para un asfalto de Control (CR)— cemento asfáltico convencional de Barrancabermeja—. Las respuestas obtenidas a partir de los ensayos ejecutados evidencian diferencias en el ligante asfáltico y en la mezcla asfáltica en función de la pérdida de solventes del CA. Así mismo, se observó, la necesidad de normatizar la utilización de CPP en estructuras viales con especificaciones que consideren su implementación teniendo en cuenta el contenido de solvente

Antrum Approach Planning for Removal of Impacted Tooth Using Cone-Beam Computed Tomography

Due to the great number of structures in the maxillofacial region, cone-beam computed tomography (CBCT) is an important procedure in presurgical planning for removal of impacted teeth. Most of the information provided by this imaging technique cannot be visualized in conventional radiographs. In addition, CBCT reduces patient exposure to radiation in comparison with helical computed tomography and provides dental practitioners with easy access. We report the clinical case of a patient who underwent a surgical procedure for removal of an impacted maxillary premolar. CBCT-assisted presurgical treatment was used, enabling a more conservative surgical access, a less traumatic and less time consuming procedure than conventional surgical intervention