Modelleren van asfalt verdichting met de discrete elementen methode en laboratorium onderzoek

Asfalt is een belangrijk verhardingsmateriaal. Naast een acceptabele prijs, zijn duurzaamheid, stroefheid en voldoende weerstand tegen veroudering en verkeersbelastingen belangrijke aspecten. Een goede conditie van de asfaltverharding is noodzakelijk voor veilig gebruik van de mogelijkheden voor verkeer en vervoer binnen onze maatschappij. Het verdichtingsproces is hierin erg belangrijk, want dit bepaald de uiteindelijke kwaliteit van de verharding bij gebruik van het asfalt. Tijdens het verdichtingsproces wordt het aggregaat in het asfalt dichter op en in elkaar gedrukt en lucht verdreven uit het asfalt. Het verdichten is hoofdzakelijk gebaseerd op ervaringskennis (een vakmanschap), men weet welk resultaat bij benadering mag worden verwacht als onder vergelijkbare omstandigheden met vergelijkbare mengsels wordt gewerkt. Echter als er buiten het ervaringsgebied gewerkt moet worden, zoals bij het intreden van nieuwe mengsels, is het te verwachten resultaat onzeker. Numerieke modellen zouden hier meer inzicht kunnen bieden. Het blijkt echter lastig om een complex materiaal als asfalt te modelleren, huidige gedetailleerde, realistische modellen zijn vaak complex en worden op een kleine schaal, of slechts tweedimensionaal toegepast. In deze studie is een eenvoudig driedimensionaal model opgesteld, gebaseerd op de discrete elementen methode, waarmee door het aanbrengen van een eenassige belasting verdichting is nagebootst. Het gedrag van het asfalt wordt voorgeschreven door het gebruikte contactmodel (in DEM), opgetreden vervormingen blijken goed overeen te komen met laboratorium proeven waar eveneens eenassige verdichting is nagebootst. Zodat relevante contactmodel parameters gelinkt kunnen worden aan de fysische aspecten van het asfalt. In de bijdrage beschrijven we beknopt het model, de uitgevoerde simulaties en vergelijking van numerieke resultaten met laboratorium teste

Modeling of asphalt and experiments with a discrete particles method

Asphalt is an important road paving material. Besides an acceptable price, durability, surface conditions (like roughening and evenness), age-, weather- and traffic-induced failures and degradation are relevant aspects. In the professional road-engineering branch empirical models are used to describe the mechanical behaviour of the material and to address large-scale problems for road distress phenomena like rutting, ravelling, cracking and roughness. The mesoscopic granular nature of asphalt and the mechanics of the bitumen layer between the particles are only partly involved in this kind of approach. The discrete particle method is a modern tool that allows for arbitrary (self-)organization of the asphalt mesostructure and for rearrangements due to compaction and cyclic loading. This is of utmost importance for asphalt during the construction phase and the usage period, in forecasting the relevant distress phenomena and understand their origin on the grain-, contact-, or molecular scales. Contact models that involve visco-elasticity, plasticity, friction and roughness are state-of-the art in fields like particle technology and can now be modified for asphalt and validated experimentally on small samples. The ultimate goal is then to derive micro- and meso-based constitutive models that can be applied to model behaviour of asphalt pavements on the larger macro-scale