Evaluation of failure behaviour of cold recycled material mixtures

In recent years, the use of Cold recycled materials has gained increasing attention as a sustainable alternative for the construction and maintenance of road infrastructures. In particular cement-bitumen treated materials (CBTM) are composed of reclaimed asphalt (RA), bitumen emulsion as the main binder and cement as co-binders, offering significant environment advantages by reducing the consumption of natural resources and reducing carbon dioxide emissions. However, the lack of reliable information on the fatigue behaviour of CBTM led into the common practice to almost exclusively adopt empirical design methods. In this context, measurement and modelling of the complex modulus of CBTM mixtures may give an important contribution to the design and analysis of pavements including cold recycled layers and it is essential for understanding performance under varying loads and environmental conditions in the small-strain domain. Different test methods and the use of small-scale specimens for linear viscoelastic characterization were evaluated to broaden the field of knowledge. Additionally, a reliable novel methodology to evaluate the effects of non-linearity and damage, that occurs as the deformation level increases, were proposed. Results showed that it is possible to separate the effect of nonlinearity from those due to damage. Finally, the fatigue behaviour of CBTM mixtures was evaluated through cyclic fatigue test in direct tension and tension-compression mode of loading which are considered more suitable for characterizing fatigue behaviour of CBTM mixtures respect to traditional fatigue test in indirect tensile configuration. Fatigue test analysis provide valuable insights into the role of bitumen emulsion and cement in the failure behaviour of CBTM mixtures, contributing to a more reliable input and a solid foundation for development of mechanistic-empirical designs methods.

Negli ultimi anni, l'utilizzo di materiali riciclati a freddo ha guadagnato sempre più attenzione come alternativa sostenibile per la costruzione e la manutenzione delle infrastrutture stradali. In particolare, i “cement-bitumen treated materials” (CBTM), composti da conglomerato bituminoso di recupero, emulsione bituminosa come legante bituminoso e cemento come legante idraulico, offrono significativi vantaggi dal punto di vista ambientale, riducendo il consumo di risorse naturali e le emissioni di anidride carbonica. Tuttavia, la mancanza di informazioni affidabili sul comportamento a fatica dei CBTM ha portato, nella pratica comune, all’adozione quasi esclusiva di metodi di progettazione empirici, basati sull’esperienza. In questo contesto, lo studio delle loro proprietà viscoelastiche lineari (LVE) e la modellazione reologica può dare un importante contributo alla progettazione delle pavimentazioni che includono strati riciclati a freddo ed è essenziale per comprendere le prestazioni in presenza di carichi e condizioni ambientali variabili nel campo delle piccole deformazioni. Per ampliare il campo delle conoscenze, sono stati valutati per la caratterizzazione viscoelastica lineare diversi metodi di prova e l'utilizzo di provini con diametro di 38 mm. Inoltre, è stata proposta una nuova metodologia scientifica per valutare gli effetti della non linearità e del danno, che si verificano via via con l'aumento del livello di deformazione a cui è soggetto il materiale. I risultati hanno dimostrato che è possibile separare gli effetti della non linearità da quelli del danno. Infine, il comportamento a fatica delle miscele CBTM è stato valutato attraverso prove di fatica monoassiale a trazione diretta e tensione-compressione, considerate più adatte a caratterizzare il comportamento a fatica delle miscele di CBTM rispetto alle tradizionali prove di fatica in configurazione di trazione indiretta. L'analisi delle prove a fatica fornisce preziose indicazioni sul ruolo dell'emulsione bituminosa e del cemento sul comportamento a rottura delle miscele CBTM, contribuendo a fornire un input più affidabile e una solida base per lo sviluppo di metodi di progettazione empirico-razionali.