Experimental analysis of time-temperature dependency of bituminous interlayer shear strength

This research focuses on the parameters influence the interlayer shear strength in in flexible pavements through the experimental investigation and the analysis of several parameters that affect interlayer bonding. The interlayer shear strength depends on various parameters such as the asphalt materials, the interface characteristics (presence of reinforcements or tack-coat) and the testing parameters. The first part of the study concentrates on the presence of the tack coat and the testing parameters influencing the shear strength. The specimens were prepared with and without tack coat to evaluate the influence of the tack coat in the interlayer bonding. Several testing parameters were invested using two testing equipments to measure the shear strength (Leutner and ASTRA), testing parameters such as the specimens diameter (100 and 150) mm, the testing temperature (5°, 20° and 40°) C and deformation rate (mm/min) in particular deformation rate (1, 2.5, 5, 10, 25 and 50) mm/min used in Leutner test and (1, 2.5, 5 and 9.5) mm/min in ASTRA test were used the evaluate the interlayer shear strength. The second part investigate the existence of a geocomposite reinforcement between asphalt layers by evaluate interlayer shear strength using ASTRA test and the toughness (i.e. fracture resistance) of the pavement system using the three point bending test. The experimental analysis for the first part showed higher values of the interlayer shear strength for the specimens prepared with tack coat at 5°C and 20°C, at 40°C the tack coat specimens showed a small improvement and in some cases negative influence on the shear strength compared to the specimens prepared without tack coat. The shear strength values showed an increase with the increase of the deformation rate and the decrease of the testing temperature, also the specimens with a 100mm diameters achieved higher result compared to the 150 mm specimens in general. Finally the results of Leutner test were more scattered compared to the result of the ASTRA test under the same deformation rate. Regarding the second part, the Shear tests showed that the reinforcement at the interface reduces the bonding between asphalt layers even if a residual cohesion contribution is provided after shear failure. As far as flexural properties are concerned, the real contribution of the reinforcement consists in the delay of crack propagation rather than in the inhibition of crack initiation.

Questa ricerca concerne lo studio dell'influenza dei parametri di resistenza a taglio all’interfaccia degli strati che compongono i manti stradali flessibili tramite investigazioni sperimentali e l'analisi di molteplici parametri che possono alterarne le prestazioni. La resistenza a taglio dipende da molteplici parametri quali i materiali di cui è composto il conglomerato bituminoso, le caratteristiche dell'interfaccia (presenza di rinforzi o di mani d’attacco) e dei parametri di prova. La prima parte dello studio si focalizza sull’analisi dei fattori che influenzano la resistenza a taglio. I provini sono stati preparati con e senza mano d’attacco cosi da valutarne l'influenza in termini di resistenza a taglio. Molteplici parametri sperimentali sono stati investigati tramite due apparecchiature comunemente impiegate per misurare la resistenza a taglio (Leutner e ASTRA), considerando molteplici parametri sperimentali quali il diametro dei provini (100 e 150 mm), la temperatura a cui sono stati svolti i test (5°, 20°, 40° C) e la velocità di deformazione (mm/min), con valori diversi tra il Leutner test (1, 2.5, 5, 10, 25 e 50 mm/min) e la prova ASTRA (1, 2.5, 5 e 9.5 mm/min). Nella seconda parte si è investigato l’effetto dovuto alla presenza di rinforzi geocompositi tra gli strati di conglomerato valutando la resistenza a taglio all’interfaccia tramite prove ASTRA e la rigidezza (i.e. resistenza flessionale) del manto stradale tramite test di flessione su tre punti. L’elaborazione dei risultati acquisiti nella prima parte di indagine ha mostrato elevati valori di resistenza a taglio per i provini preparati con mano d’attacco a 5°C e 20°C. A 40°C i provini con mano d’attacco sono risultati caratterizzati da dati più variabili, mostrando sia piccoli miglioramenti che, in altri casi, un’influenza negativa sulla resistenza a taglio rispetto ai provini senza mano d’attacco. I valori di resistenza a taglio hanno mostrato un incremento all'aumentare della velocità di deformazione ed una diminuzione con la temperatura di prova. Inoltre, i provini con 100 mm di diametro hanno raggiunto valori maggiori se comparati ai provini di 150 mm di diametro. Infine, i risultati dei test Leutner sono risultati più dispersi se confrontati con i risultati dei test ASTRA a parità di condizioni di prova (e.g. velocità di deformazione, temperatura). Relativamente alla seconda parte di indagine, i test eseguiti per valutare la resistenza a taglio hanno mostrato come i rinforzi interposti all’interfaccia riducano la collaborazione tra gli strati di conglomerato, nonostante permanga una certa resistenza residua a coesione dopo la rottura completa a taglio. Analizzando le proprietà di flessione, il reale contributo dei rinforzi consiste in un ritardo nella propagazione della cricca più che in una inibizione dell’innesco della stessa.