Unbound granular material is used in the pavement structure and usually comprises the bulk of the structural and foundation layers of a typical South African pavement. The term ‘unbound granular material’ refers to the classification of natural material, which has not been modified in any way. Various mechanistic-empirical models for the resilient response of unbound granular material have been developed over the years. However, few have incorporated important influencing parameters such as moisture or density on the basic stress-strain relationship or linked variables of the models to basic engineering properties of unbound granular material. This study builds on previous work by Theyse (2008a) and the cord modulus model developed by Theyse (2012). The Theyse (2012) model was selected to be further investigated, since it modelled the trends observed in the data realistically. The model depicts the stress dependent behaviour of unbound granular material, where an increase initial modulus is observed for increasing confinement pressure, as well as initial stress-softening with increasing stress ratio followed by stress stiffening. The model was calibrated for all bulk material samples under consideration in this thesis. The calibration process included linking variables of the model to mathematical functions that approximate the trends observed when variables were considered against level of saturation. A parametric analysis indicated that the saturation and stress-dependent cord modulus model realistically predict material behaviour. The saturation and stress-dependent cord modulus model was refined further and calibrated for crushed and natural unbound granular material. This refinement did not negatively influence the accuracy or ability to realistically predict the material behaviour. Basic material properties could be linked to predictive statistical distributions that could estimate the range of modulus values that can be expected for the material under consideration. However, the variables of the saturation and stress-dependent cord modulus model could not be linked to basic material properties due to the limit set of results available. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2013. / gm2013 / Civil Engineering / unrestricted

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2015. / ENGLISH ABSTRACT: The increasing awareness of climate change causes a growing interest in pavement rehabilitation. Pavement rehabilitation by in-situ stabilisation with bitumen reduces the extraction of natural aggregate resources while enhancing flexibility and durability properties, which lowers maintenance costs over the design-life of the pavement structure. Incorporating Bitumen Stabilised Materials (BSMs) into a pavement structure can therefore have economic and environmental benefits, but more research is needed to fully understand the behaviour and potential of these materials. Stabilising materials with bitumen provides useful properties to pavement layers. The “TG2 2nd Edition, Bitumen Stabilised Materials” was published by the Academy of South Africa in May 2009, which provides a good understanding of the usage of Bitumen Stabilised Materials (BSMs). However, the shrinkage and flexible behaviour of these materials are still not fully understood and therefore more research on these materials is needed. The aim of this project is thus to determine the shrinkage and flexible behaviour of BSMs to incorporate these behavioural types in the revised design method for flexible pavements in the SAPDM. In addition, the influence of several additives on the shrinkage and flexible behaviour of BSMs have been evaluated to get an improved understanding of these properties. The additives included cement (1% and 2% content) and both bitumen emulsion (0.9% and 2.4% content) and foamed bitumen (only 2.4% content). Two linear shrinkage testing methods have been designed to test the shrinkage potential of BSMs, including a beam testing method and a cylindrical testing method. Based on the usage of the shrinkage measurements the applicable method can be used to determine the shrinkage potential of a BSM. The flexibility is a more complex property and was tested using a simple monotonic beam test. The strain-at-break parameter obtained from this test provided an indication of the material flexibility. Slight differences in the trends were observed between beam and cylindrical shrinkage due to specimen geometry, exposed surface area and shrinkage testing direction. Beam specimens initially show swelling when bitumen is added to the mixture and shrinks thereafter. Cylindrical specimens on the other hand show initial shrinkage followed by a slight length increase, where after shrinkage continues. The additives had the same influence on the shrinkage for both the beam and cylindrical specimens. Although all shrinkage measurements were small, an increase in bitumen reduced shrinkage and an increase in cement increased shrinkage. Stabilisation with foamed bitumen rather than bitumen emulsion proved to show less shrinkage, but only in combination with 2% cement. The strain-at-break, dissipated energy and material stiffness calculated from the monotonic beam tests provided a good indication of the flexibility behaviour of BSMs. Higher bitumen content increased the flexibility potential and an increase in cement decreased the flexibility potential of BSMs. This project has provided good insight on both the shrinkage and flexibility behaviour of BSMs, which can be used in the revised copy of the SAPDM. Increased bitumen contents decreases the shrinkage potential and increases the flexibility of a BSM. Increased cement contents on the other hand, increases shrinkage and decreases flexibility of BSMs. The correct combination of cement and bitumen in a BSM can thus provide a material with the wanted flexibility while keeping the shrinkage to a minimum. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die toenemende bewustheid van klimaatsverandering veroorsaak toenemende belangstelling in die rehabilitasie van plaveisels. Plaveisel rehabilitasie deur in-veld stabilisasie met bitumen verminder die ontginning van natuurlike hulpbronne, terwyl die verbetering van buigsaamheid en duursaamheid eienskappe die onderhoudskoste verlaag oor die ontwerp-lewe van die plaveiselstruktuur. Die inkorporasie van Bitumen Gestabiliseerde Materiale (BGM) in 'n plaveisel struktuur kan dus omgewings en ekonomiese voordele inhou. Meer navorsing word wel benodig om die gedrag van hierdie materiale beter te verstaan. Die stabilisering van materiale met bitumen verskaf nuttige eienskappe aan 'n plaveisellaag. Die "TG2 2de Uitgawe, Bitumen Gestabiliseerde Materiale" is gepubliseer deur die Akademie van Suid-Afrika in Mei 2009 en verskaf 'n goeie begrip van Bitumen Gestabiliseerde Materiale (BGM). Die krimpings en buigsaamheid gedrag van die materiaal word wel nog nie ten volle verstaan nie en daarom word meer navorsing oor hierdie materiaal benodig. Die doel van hierdie projek is dus om die krimpings gedrag sowel as die buigsaamheid gedrag van 'n BGM te bepaal en sodoende die kennis te gebruik in die hersiende ontwerp metode vir buigsame plaveisels in die SAPDM. Die invloed van verskeie bymiddels op die krimpings en buigsaamheid gedrag van 'n BGM is ook geëvalueer om 'n beter begrip van hierdie eienskappe te verkry. Die bymiddels sluit sement in (1% en 2% inhoud) asook beide emulsie bitumen (0,9% en 2,4% inhoud) en skuim bitumen (slegs 2.4% inhoud). Twee lineêre krimpings toets metodes was ontwerp om die krimping potensiaal van BGM's te bepaal, wat 'n balk toets metode en 'n silindriese toets metode insluit. Die metode wat gebruik sal word om die krimping van 'n BGM te bepaal moet baseer word op die toepassing waarvoor die krimpings resultate gebruik gaan word. Die buigsaamheid is 'n meer komplekse eienskap en was getoets met behulp van 'n eenvoudige monotoniese balk toets. Die spanning-by-breekpunt waardes wat verkry was vanuit die balktoetse, het 'n goeie aanduiding van die buigsaamheid van die materiaal verskaf. Klein verskille in krimpingstendense tussen balk en silindriese proefstukke is opgemerk tydens die projek en is veroorsaak deur die geometrie van die proefstuk, die blotgestelde oppervlakte asook die rigting van kimp toetsing. Balk proefstukke toon aanvanklike swelling wanneer bitumen bygevoeg is, gevolg deur krimping. Silindriese proefstukke aan die ander kant toon aanvanklike krimping gevolg deur 'n effense toename in lengte, waarna krimping weer plaasvind. Die bymiddles het dieselfde invloed op die krimping van beide die balk en silindriese proefstukke. Alhoewel al die krimpingswaardes baie klein was, het 'n toename in bitumen 'n vermindering in krimping voortgebring en 'n toename in sement het 'n toename in krimping voortgebring. Stabilisasie met skuim bitumen in plaas van emulsie bitumen toon verlaagde krimping, maar slegs in kombinasie met 2% sement. Die spanning-by-breekpunt, verkose energie en materiaal styfheid wat bereken is vanaf die monotoniese balk toets resultate, het 'n goeie aanduiding van die buigsaamheid gedrag van BGM's verskaf. 'n Hoër bitumen inhoud verhoog die buigsaamheid potensiaal van BGM‟s terwyl 'n toename in sement die buigsaamheid potensiaal van BGM's verlaag. Hierdie projek bied goeie insigte vir beide die krimpings en buigsaamheid gedrag van BGM's, wat in die hersiende ontwerp metode van die SAPDM gebruik kan word. Verhoogde bitumen inhoud verminder die krimping potensiaal en verhoog die buigsaamheid van 'n BGM. Verhoogde sement inhoud aan die ander kant, verhoog krimping en verminder buigsaamheid van BGM's. Die korrekte kombinasie van sement en bitumen in 'n BGM kan dus 'n materiaal produseer met die gewenste buigsaamheidseienskappe en terselfde tyd die krimping tot 'n minimum beperk.

The structural strength of roads and streets as well as the uniformity of strength are ensured by a design strength of subgrade, sub-base and pavement layers, characterized by a deformation modulus, the value of which depends on the properties of materials used for the pavement structural layers and thickness of the layers. During construction of road or street pavement structure and its operation the continuous static and dynamic vehicle loads may cause the intermixing of the subgrade soil with the frost blanket course. Analogical process could happen between the frost blanket course and the sub-base constructed from the large particles of aggregate. Eventually, the intermixed materials of the different structural layers of road or street can have the impact on the strength and durability of the whole structure. In order to prevent the aggregates of different structural layers from becoming intermixed during road or street construction or in the phase of operation the geotextile inter-layers have been world-widely used in the recent 15 years. Based on the recommendations of U.S. researchers the geotextiles used for the separation of structural layers should be selected according to the existing formulas. However, these formulas are valid only for the road structures without asphalt concrete pavement. Another method for selecting geotextiles – specifications and recommendations of different countries. At present there are no generally accepted European specifications... [to full text] / Įrengiant automobilių kelio ar gatvės dangas ant žemės sankasos bei vėliau jas eksploatuojant dėl nuolatos pasikartojančių statinių bei dinaminių transporto priemonių apkrovų gali prasidėti žemės sankasos grunto bei apsauginio šalčiui atsparaus sluoksnio medžiagų sąmaiša. Analogiškas procesas gali vykti ir tarp apsauginio šalčiui atsparaus sluoksnio bei dangos pagrindo medžiagų. Ilgainiui kelio ar gatvės konstrukcijos sluoksnių medžiagų tarpusavio sąmaiša mažina dangos stiprį bei tvarumą. Siekiant išvengti atskirų konstrukcijos sluoksnių mineralinių medžiagų tarpusavio susimaišymo, tiesiant kelius ar gatves bei juos eksploatuojant, pastaruosius 15 metų pasaulyje plačiai taikomi geotekstilės tarpsluoksniai. Jungtinių Amerikos Valstijų mokslininkai geotekstiles parinkti rekomenduoja naudoti skaičiavimus pagal formules, tačiau jos tinka tik keliams be asfaltbetonio dangos. Kitas geotekstilių taikymo būdas – atskirų šalių sukurtos normos bei rekomendacijos. Europoje nėra vieningų norminių dokumentų, reglamentuojančių geotekstilių naudojimą automobilių kelių bei gatvių konstrukcijos sluoksniams atskirti. Tai galima pagrįsti tuo, kad Europos valstybėse yra skirtingos klimatinės bei geologinės sąlygos. Taigi kiekviena ar keletas valstybių, kurioms pagal jų sąlygas aktualu kelio konstrukcijos sluoksnius atskirti geotekstilėmis, turi savo normas ar rekomendacijas. Lietuvoje geosintetinės medžiagos tiesiant ir rekonstruojant automobilių kelius bei miestų gatves naudojamos tik... [toliau žr. visą tekstą]

Įrengiant automobilių kelio ar gatvės dangas ant žemės sankasos bei vėliau jas eksploatuojant dėl nuolatos pasikartojančių statinių bei dinaminių transporto priemonių apkrovų gali prasidėti žemės sankasos grunto bei apsauginio šalčiui atsparaus sluoksnio medžiagų sąmaiša. Analogiškas procesas gali vykti ir tarp apsauginio šalčiui atsparaus sluoksnio bei dangos pagrindo medžiagų. Ilgainiui kelio ar gatvės konstrukcijos sluoksnių medžiagų tarpusavio sąmaiša mažina dangos stiprį bei tvarumą. Siekiant išvengti atskirų konstrukcijos sluoksnių mineralinių medžiagų tarpusavio susimaišymo, tiesiant kelius ar gatves bei juos eksploatuojant, pastaruosius 15 metų pasaulyje plačiai taikomi geotekstilės tarpsluoksniai. Jungtinių Amerikos Valstijų mokslininkai geotekstiles parinkti rekomenduoja naudoti skaičiavimus pagal formules, tačiau jos tinka tik keliams be asfaltbetonio dangos. Kitas geotekstilių taikymo būdas – atskirų šalių sukurtos normos bei rekomendacijos. Europoje nėra vieningų norminių dokumentų, reglamentuojančių geotekstilių naudojimą automobilių kelių bei gatvių konstrukcijos sluoksniams atskirti. Tai galima pagrįsti tuo, kad Europos valstybėse yra skirtingos klimatinės bei geologinės sąlygos. Taigi kiekviena ar keletas valstybių, kurioms pagal jų sąlygas aktualu kelio konstrukcijos sluoksnius atskirti geotekstilėmis, turi savo normas ar rekomendacijas. Lietuvoje geosintetinės medžiagos tiesiant ir rekonstruojant automobilių kelius bei miestų gatves naudojamos tik pastarąjį... [toliau žr. visą tekstą] / During construction of road or street pavement structure and its operation the continuous static and dynamic vehicle loads may cause the intermixing of the subgrade soil with the frost blanket course. Analogical process could happen between the frost blanket course and the sub-base constructed from the large particles of aggregate. Eventually, the intermixed materials of the different structural layers of road or street can have the impact on the strength and durability of the whole structure. In order to prevent the aggregates of different structural layers from becoming intermixed during road or street construction or in the phase of operation the geotextile inter-layers have been world-widely used in the recent 15 years. Method for selecting geotextiles – specifications and recommendations of different countries. At present there are no generally accepted European specifications regulating the selection of geotextiles intended for separating road or street pavement layers. The reason is that different European countries have different climatic and geological conditions. Thus, each or several countries, where these conditions require separation of pavement structural layers by the geotextile, have their own normative documents or recommendations. Lithuania has only been using geotextiles in road and street construction and reconstruction during the last decade. In 1998 Lithuanian Road Administration adopted the temporary regulations on Using Geotextiles and Geogrids for... [to full text]

Disertacijos tikslas – parengti magistralinių automobilių kelių asfaltbetoninės dangos eksploatacinių rodiklių prognozės matematinius modelius, atsižvelgiant į tampriosios dangos konstrukcijos savybes ir transporto priemonių (TP) eismo intensyvumą (EI). Darbe iškelti šie svarbiausieji uždaviniai: išanalizuoti automobilių kelių asfaltbetoninės (AB) dangos eksploatacinius rodiklius lemiančius svarbiausius veiksnius ir atskleisti šių rodiklių blogėjimo priežastis; atlikti magistralinių kelių dangos konstrukcijų (KDK) sluoksniams naudojamų medžiagų kokybės rodiklių tyrimus; nustatyti AB dangos komponentinės sudėties, fizinių bei mechaninių rodiklių ir AB mišiniams naudojamų medžiagų kokybės rodiklių sietį; ištirti AB dangos lygumo ir provėžų gylio kitėjimo dėsningumus; nustatyti AB dangos, kitų (KDK) sluoksnių medžiagų kokybės rodiklių sietį; parinkti dvi racionalias magistralinių kelių tampriosios dangos konstrukcijas (skirtingam TP eismui). Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir priedai. Įvade aptarta tiriamoji problema, darbo aktualumas, tyrimų objektas, darbo tikslas ir uždaviniai, tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė vertė ir ginamieji teiginiai. Pirmajame skyriuje išnagrinėti įvairių šalių mokslininkų atlikti automobilių kelių asfaltinės dangos bei jos konstrukcijos eksploatacinių rodiklių ir jų funkcionavimo trukmės tyrimai. Antrajame... [toliau žr. visą tekstą] / The aim of the dissertation is based on the properties of flexible road pavement structures to develop a mathematical models for predicting the performance of wearing courses used in the pavements of the main roads. The main tasks of the dissertation are as follows: to analyze the main factors influencing the service indices of asphalt concrete pavements and to determine their reasons; to investigate the quality of materials and mixtures used in pavement structural layers of the main roads; to determine the interaction between asphalt concrete pavement composition and the quality indices of mixture materials; to study regularities of the change in pavement roughness and rut depth; to determine the interaction between the quality indices of materials used in pavement structural layers; to select two rational flexible pavement structures for the main roads (for the different traffic volume). The dissertation consists of introduction, four chapters, general conclusions, the list of references and the list of author’s publications on the topic of the dissertation, addenda. Introduction describes the studied problem, topicality of the problem, the object of research, also the aim and tasks, research methodology, scientific novelty, practical value of the results and the defended propositions. Chapter 1 gives the analysis of scientific researches made by different countries in the field of the performance of asphalt concrete pavements and their structures, duration of their... [to full text]

The aim of the dissertation is based on the properties of flexible road pavement structures to develop a mathematical models for predicting the performance of wearing courses used in the pavements of the main roads. The main tasks of the dissertation are as follows: to analyze the main factors influencing the service indices of asphalt concrete pavements and to determine their reasons; to investigate the quality of materials and mixtures used in pavement structural layers of the main roads; to determine the interaction between asphalt concrete pavement composition and the quality indices of mixture materials; to study regularities of the change in pavement roughness and rut depth; to determine the interaction between the quality indices of materials used in pavement structural layers; to select two rational flexible pavement structures for the main roads (for the different traffic volume). The dissertation consists of introduction, four chapters, general conclusions, the list of references and the list of author’s publications on the topic of the dissertation, addenda. Introduction describes the studied problem, topicality of the problem, the object of research, also the aim and tasks, research methodology, scientific novelty, practical value of the results and the defended propositions. Chapter 1 gives the analysis of scientific researches made by different countries in the field of the performance of asphalt concrete pavements and their structures, duration of their... [to full text] / Disertacijos tikslas – parengti magistralinių automobilių kelių asfaltbetoninės dangos eksploatacinių rodiklių prognozės matematinius modelius, atsižvelgiant į tampriosios dangos konstrukcijos savybes ir transporto priemonių (TP) eismo intensyvumą (EI). Darbe iškelti šie svarbiausieji uždaviniai: išanalizuoti automobilių kelių asfaltbetoninės (AB) dangos eksploatacinius rodiklius lemiančius svarbiausius veiksnius ir atskleisti šių rodiklių blogėjimo priežastis; atlikti magistralinių kelių dangos konstrukcijų (KDK) sluoksniams naudojamų medžiagų kokybės rodiklių tyrimus; nustatyti AB dangos komponentinės sudėties, fizinių bei mechaninių rodiklių ir AB mišiniams naudojamų medžiagų kokybės rodiklių sietį; ištirti AB dangos lygumo ir provėžų gylio kitėjimo dėsningumus; nustatyti AB dangos, kitų (KDK) sluoksnių medžiagų kokybės rodiklių sietį; parinkti dvi racionalias magistralinių kelių tampriosios dangos konstrukcijas (skirtingam TP eismui). Disertaciją sudaro įvadas, keturi skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir priedai. Įvade aptarta tiriamoji problema, darbo aktualumas, tyrimų objektas, darbo tikslas ir uždaviniai, tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė vertė ir ginamieji teiginiai. Pirmajame skyriuje išnagrinėti įvairių šalių mokslininkų atlikti automobilių kelių asfaltinės dangos bei jos konstrukcijos eksploatacinių rodiklių ir jų funkcionavimo trukmės tyrimai. Antrajame... [toliau žr. visą tekstą]

This master's thesis deals with the possibility of special asphalt-rubber mixture using - Stress Absorbing Layer (SAL). In the theoretical part the SAL and test methods are described. In the practical part, several different mixtures are designed and selected mixtures were tested. Low-temperature characteristics, permanent deformations, bending tensile relaxation, stiffness modulus and fatigue properties were determined. Based on the test results the mixtures were compared and their benefit is evaluated according to Performance Pavement Design Method, the pavement structure was evaluated by using of computer programme LayEps.