Evaluating the role of aggregate gradation on cracking performance of asphalt concrete for thin overlays

Thin asphalt concrete overlays are a maintenance technique that mainly restore the functional properties of pavements. One of the main issues in thin overlays is reflective cracking that can cause early deterioration and reduce their service life. For this reason, the purpose of this investigation is to evaluate the effect of material selection on cracking performance of asphalt concrete mixtures for thin overlays. In particular, this paper evaluates the role of aggregate skeleton gradation. The study of the effect of aggregate gradation was divided into two stages: (1) fine fraction content and (2) maximum nominal aggregate size. Based on this, up to seven asphalt mixture gradations were designed and evaluated through the Fénix test at different test temperatures. The results showed a significant correlation between the fine fraction content, and maximum nominal aggregate size, and the cracking performance of the asphalt concrete mixtures. Mixtures manufactured with a low content of fine aggregates, as well as small nominal maximum size, experienced a further improvement of their toughness. These results reflected the importance of considering not only the effect of asphalt binder and environmental conditions but also aggregate gradation in the design of asphalt concrete mixtures in order to achieve a desirable cracking performance.Peer ReviewedPostprint (published version

Labeling strategy for evaluating the performance of thin asphalt wearing courses

Traditional design procedures of asphalt mixtures are based on volumetric parameters and the compliance with the mechanical performance, while functional properties receive less attention. Additionally, even though the potential of sustainable technologies is proven, this is not sufficiently reflected in the technical specifications and their use is not widely spread. In order to face these challenges, the development of a useful tool that allows infrastructure managers an easy evaluation of the mechanical, functional, and environmental performance and the pursuit of balance between properties will encourage the optimization of road surfaces. The aim of this research is to develop a multi-labeling scheme for asphalt mixtures for thin wearing courses according to their mechanical, functional, and environmental attributes. In particular, the study focuses on the Spanish case, because all the collected data belong to the Spanish road network; however, the approached methodology is flexible enough to be adjusted to the requirements of individual countries. The findings in this research show promise because the developed labeling scheme allows not only the assignation of performance labels to any asphalt mixture based on its properties, but also the comparison of features between different asphalt mixtures.Peer ReviewedPostprint (published version

New approach to characterize cracking resistance of asphalt binders

Asphalt binder characterization is a complex and difficult task due to its rheological behaviour. Indeed it has been traditionally realized by means of simple tests at an established temperature. An added challenge is that low temperatures, as well as binder aging, lead to significant changes in the viscoelastic behaviour of binders. This study aimed to characterize asphalt binders, not through the traditional procedures, but through the ductility and tenacity that they provide to a mixture, being these two properties directly related to the cracking response of the binder. To this end, a new approach for asphalt binder characterization was proposed based on the application of the Fénix test on a standard mixture with a defined aggregate gradation and composition, without fines or filler, manufactured with different types of binders and tested at different temperatures, as well as subjected to accelerated aging in laboratory. The obtained results showed the thermal susceptibility of binders, which evidence the need to characterize binder performance at different temperatures to obtain a reliable cracking response. In addition, binder aging results in a more brittle cracking fracture, being the aging effects more pronounced in high penetration binders.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Labeling strategy for evaluating the performance of thin asphalt wearing courses

Traditional design procedures of asphalt mixtures are based on volumetric parameters and the compliance with the mechanical performance, while functional properties receive less attention. Additionally, even though the potential of sustainable technologies is proven, this is not sufficiently reflected in the technical specifications and their use is not widely spread. In order to face these challenges, the development of a useful tool that allows infrastructure managers an easy evaluation of the mechanical, functional, and environmental performance and the pursuit of balance between properties will encourage the optimization of road surfaces. The aim of this research is to develop a multi-labeling scheme for asphalt mixtures for thin wearing courses according to their mechanical, functional, and environmental attributes. In particular, the study focuses on the Spanish case, because all the collected data belong to the Spanish road network; however, the approached methodology is flexible enough to be adjusted to the requirements of individual countries. The findings in this research show promise because the developed labeling scheme allows not only the assignation of performance labels to any asphalt mixture based on its properties, but also the comparison of features between different asphalt mixtures.Peer Reviewe

Efecto del tipo de ligante bituminoso y del grado de envejecimiento de la mezcla en su resistencia a la fisuración

El Laboratorio de Caminos de la Universidad Politécnica de Cataluña (Barcelona, España) ha desarrollado un ensayo a tracción directa, ensayo Fénix, que permite determinar la rigidez, energía de fractura y ductilidad de las mezclas bituminosas de forma rápida y sencilla. El ensayo ha sido aplicado a la caracterización de diferentes tipos de mezclas, en un amplio rango de temperaturas, lo que ha permitido establecer unos criterios de diseño. En el trabajo que aquí se presenta, se recogen los resultados de la aplicación del ensayo Fénix para evaluar el efecto del tipo de ligante en la resistencia a la fisuración de una mezcla asfáltica, a distintas temperaturas. Para evitar la inferencia de los finos y del fíller, se ha considerado una mezcla patrón de referencia, sin finos ni fíller, fabricada con unos áridos tipo, variando exclusivamente el tipo de ligante. Se han utilizado dos ligantes de penetración diferentes (B15/25 y B70/100) y se ha determinado la variación de la energía de fractura y de la ductilidad con la temperatura, tanto sobre la mezcla original (sin envejecer) como sobre la mezcla envejecida. Esto ha permitido obtener la curva de comportamiento de los ligantes y ver como varía con el envejecimiento.Postprint (published version

Análisis de la evolución de las propiedades: ductilidad, tenacidad y flexibilidad de los betunes durante su envejecimiento

En el estudio del envejecimiento de los betunes a penas se ha tenido en cuenta su propiedad más característica: su poder aglomerante. Los ligantes bituminosos aglomeran los áridos mediante unas uniones dúctiles y tenaces. Esta ductilidad y tenacidad les permite deformarse, al mismo tiempo que requiere de una gran energía, tenacidad, para su rotura y fisuración. Pero estas propiedades van cambiando a medida que el betún se convierte en un material rígido y frágil, aumentando la resistencia que produce su rotura, pero disminuyendo muy significativamente la energía necesaria para su fisuración y rotura. En este artículo se analiza, mediante el ensayo Fénix, el efecto del envejecimiento en la respuesta de dos betunes: B15/25 y B70/100. Para ello se ha partido de una mezcla patrón de granulometría muy abierta, con pocos finos (lavados y sin polvo mineral), fabricada con un 4,5 % s.a. del betún a ensayar. Las probetas fueron envejecidas en estufa a 80ºC durante tres periodos de tiempo: 7, 15 y 30 días. Transcurrido este tiempo, las probetas fueron ensayadas al Fénix determinando su índice de rigidez, energía de fractura y deformación de rotura al 50% de la carga máxima a diferentes temperaturas: -15, -5, 5, 20 y 30ºC. Los resultados muestran el efecto de la temperatura en la respuesta de los betunes y que estos pueden tener diferentes capacidades aglomerantes, máximo de la energía de fractura, dependiendo de su dureza y consistencia inicial. Luego esta capacidad aglomerante va desapareciendo a medida que se envejece el betún y aumenta su índice de rigidez. El envejecimiento del betún disminuye alrededor de 10ºC su rango de uso a bajas temperaturas, al incrementar su temperatura de fragilidad.Postprint (published version

Análisis de la evolución de las propiedades: ductilidad, tenacidad y flexibilidad de los betunes durante su envejecimiento

En el estudio del envejecimiento de los betunes a penas se ha tenido en cuenta su propiedad más característica: su poder aglomerante. Los ligantes bituminosos aglomeran los áridos mediante unas uniones dúctiles y tenaces. Esta ductilidad y tenacidad les permite deformarse, al mismo tiempo que requiere de una gran energía, tenacidad, para su rotura y fisuración. Pero estas propiedades van cambiando a medida que el betún se convierte en un material rígido y frágil, aumentando la resistencia que produce su rotura, pero disminuyendo muy significativamente la energía necesaria para su fisuración y rotura. En este artículo se analiza, mediante el ensayo Fénix, el efecto del envejecimiento en la respuesta de dos betunes: B15/25 y B70/100. Para ello se ha partido de una mezcla patrón de granulometría muy abierta, con pocos finos (lavados y sin polvo mineral), fabricada con un 4,5 % s.a. del betún a ensayar. Las probetas fueron envejecidas en estufa a 80ºC durante tres periodos de tiempo: 7, 15 y 30 días. Transcurrido este tiempo, las probetas fueron ensayadas al Fénix determinando su índice de rigidez, energía de fractura y deformación de rotura al 50% de la carga máxima a diferentes temperaturas: -15, -5, 5, 20 y 30ºC. Los resultados muestran el efecto de la temperatura en la respuesta de los betunes y que estos pueden tener diferentes capacidades aglomerantes, máximo de la energía de fractura, dependiendo de su dureza y consistencia inicial. Luego esta capacidad aglomerante va desapareciendo a medida que se envejece el betún y aumenta su índice de rigidez. El envejecimiento del betún disminuye alrededor de 10ºC su rango de uso a bajas temperaturas, al incrementar su temperatura de fragilidad