Experimental assessment of rutting in permeable asphalt mixtures

Abstract

This study presents an experimental investigation on the rutting resistance of permeable asphalt mixes (PAM). In practice, PAM, also referred to as Open-graded friction courses (OGFC) or permeable friction courses (PFC), are prone to permanent deformation due to heavy vehicle traffic loads and a weak mineral skeleton caused by their high air void contents. Consequently, the draining capacity of the PAM is diminished making the roads unsafe particularly in wet conditions. Hence, the rutting mechanism of PAM is evaluated through three laboratory tests: dynamic modulus, flow number, and Hamburg wheel tracking test (HWTT). The laboratory samples were prepared and compacted considering four air voids (AV) contents: 18%, 20%, 22% and 25%. From the HWTT, a comparative analysis was conducted using X-ray computer tomography (X-ray CT) images obtained before and after the tests in order to investigate AV distribution due to rutting. Results from the tests indicated that an increase in AV content reduced the rutting performance of PAM, as well as higher AV content led to larger mix densification and thus a deeper rut was achieved. Similar results were attained from the analysis of the X-ray CT images, nevertheless, a larger AV densification was observed in the upper part of the samples beneath the developed rut, which can lead to further weakening the mineral skeleton and progress of other several distress that typically develop for PAM.

Este estudio presenta una investigación experimental sobre la resistencia al ahuellamiento en las mezclas asfálticas permeables (PAM). En la práctica, estas mezclas también conocidas como OGFC, (capas asfálticas de gradación abierta), o PFC (capas de desgaste permeables); son propensas a desarrollar deformación permanente debido a las altas cargas de tráfico vehicular y a un esqueleto mineral débil causado por su alto contenido de vacíos de aire. En consecuencia, la capacidad de drenaje de las PAM disminuye, lo que hace que las superficies de rodadura asfálticas sean inseguras, especialmente en condiciones de humedad. Por esta razón, el mecanismo de ahuellamiento en PAM es evaluado a través de tres pruebas de laboratorio: módulo dinámico, número de flujo y el ensayo en la rueda de Hamburgo (HWTT). Los especímenes fueron preparados y compactados considerando cuatro contenidos de vacíos de aire (AV): 18%, 20%, 22% y 25%. Se realizó un análisis comparativo empleando imágenes de tomografía computarizada de rayos X, obtenidas antes y después de realizar las pruebas en HWTT para determinar el perfil de distribución de AV debido al ahuellamiento. Los resultados indicaron que un aumento en el contenido AV redujo la resistencia al ahuellamiento de las PAM, así como un mayor contenido de vacíos condujo a una mayor densificación de la mezcla y por lo tanto se logró una huella más profunda. Resultados similares se obtuvieron del análisis de imágenes de CT de rayos X, sin embargo, se observó una mayor densificación AV en la parte superior de las muestras debajo de la huella desarrollada, lo que puede conducir a un mayor debilitamiento del esqueleto mineral y al progreso de otros tipos de deterioro típicos en este tipo de mezclas.