Dynamic characterization of interlayer shear performance in asphalt pavement

Asphalt pavement consists of several structural layers bonded together to form a monolithic structure. The contact area between every two layers is defined as the interlayer. Since the 1970s, many research results have revealed that interlayer bonding conditions significantly affect only pavement performance. Poor bonding conditions could cause premature damage, such as rutting, slippage, top-down cracking, premature fatigue cracking, and delamination. They may result in a loss of two-fifths to five-sixths of the pavement service life. Therefore, bonding conditions between pavement layers play a critical role in the performance of the asphalt pavement structure. Many devices have been developed to investigate interlayer bonding conditions. Generally, laboratory testing methods can be divided into two categories: static tests and dynamic tests. Due to the advantage of convenience, the evaluation of interlayer bonding of asphalt pavements is usually performed by measuring the interfacial shear stiffness (ISS) of double-layer specimens using static laboratory tests. Dynamic testing devices simulate traffic loads on pavements more realistically than static tests. Moreover, the test results can reveal the decrease of shear stiffness and the accumulation of permanent deformation at the interface. This study performed dynamic interlayer shear tests were by a new test equipment Cyclic-ASTRA developed at the Marche Polytechnic University to investigate interlayer shear behavior. The ISS and shear fatigue life of specimens were evaluated in this research. For ISS, the effects of testing parameters such as temperature, load frequency, and load amplitude were studied. ISS and shear fatigue life are two main indicators for evaluating interlayer bonding property. In terms of the time consuming, fatigue life takes much longer than interlayer shear stiffness. Another advantage of ISS measurement is that it does not break the specimen. However, for shear stiffness, in terms of the deformation resistance the curve of lower stiffness (low stress but high strain) may behave better than higher stiffness (high stress but low strain). Thus, it is not reliable to evaluate the fatigue life directly by the value of ISS. Therefore, the relationship between ISS and shear fatigue life was investigated in this study.

La pavimentazione in conglomerato bituminoso è composta da diversi strati strutturali incollati insieme per formare una struttura monolitica. L'area di contatto tra ogni due strati definita strato intermedio. Dagli anni '70, i risultati di molte ricerche hanno rivelato che le condizioni di incollaggio tra gli strati hanno un impatto sostanziale sulle prestazioni della pavimentazione. Le cattive condizioni di incollaggio possono causare danni prematuri, come l'ormaiamento, lo slittamento, la fessurazione dall'alto verso il basso, la fessurazione prematura per fatica e la delaminazione. Potrebbero ridurre la vita utile della pavimentazione da due quinti a cinque sesti. Pertanto, le condizioni di legame tra gli strati della pavimentazione giocano un ruolo critico nelle prestazioni della struttura della pavimentazione in conglomerato bituminoso. Sono stati sviluppati diversi dispositivi per studiare le condizioni di incollaggio tra gli strati. In generale, i metodi di prova in laboratorio possono essere divisi in due categorie: prove statiche e prove dinamiche. La valutazione dell'incollaggio interstrato delle pavimentazioni in conglomerato bituminoso viene solitamente eseguita misurando la rigidità al taglio interfacciale (ISS) di campioni a doppio strato utilizzando prove statiche di laboratorio. I dispositivi di prova dinamici simulano i carichi di traffico sulle pavimentazioni in modo più realistico rispetto alle prove statiche. Inoltre, i risultati delle prove possono rivelare la diminuzione della rigidità al taglio e l'accumulo di deformazione permanente all'interfaccia. Per valutare il comportamento a taglio dell'interstrato, questo lavoro ha utilizzato una nuova apparecchiatura di prova chiamata Cyclic-ASTRA, che è stata sviluppata presso l'Università Politecnica delle Marche. In questo studio, sono stati valutati l'ISS e la vita a fatica a taglio dei campioni. La temperatura, la frequenza di carico e l'ampiezza del carico sono stati studiati come parametri di prova per l'ISS. La proprietà di legame tra gli strati è stata valutata da due indicatori chiave: ISS e vita a fatica al taglio. La vita a fatica richiede molto più tempo rispetto alla rigidità a taglio dell'interstrato in termini di tempo. Un altro vantaggio della misurazione ISS è che il provino non viene rotto. Comunque, per la rigidità al taglio, in termini di resistenza alla deformazione la curva di rigidità inferiore (bassa sollecitazione ma alta deformazione) può dare risultati migliori della curva di rigidità superiore (alta sollecitazione ma bassa deformazione). Quindi, valutare la vita a fatica direttamente dal valore di ISS non è un metodo affidabile. Di conseguenza, questo studio ha indagato la relazione tra ISS e la vita a fatica al taglio.