Stress distribution in unbound aggregate of road structure: influence of surface roughness and particle shape

Abstract

Aggregate used for road structures has to meet requirements regarding abrasion, strength and shape. These properties are largely influenced by the crushing operation. To improve these properties the aggregate can be cubicised in a vertical-shaft impact crusher. During this process, sharp edges will be rounded and the surface will be polished, which can have negative effects on road stability. This paper presents laboratory work on the load distribution by aggregate used in the unbound layers of the road structures. The aggregate used had different surface roughness and particle shape. The equipment used was a ring chamber consisting of 15 steel rings. The chamber's diameter was 320 mm and the height was 360 mm. Using this equipment, the stability of aggregates was studied with reference to particle shape and surface roughness for six types of aggregates by measuring the horizontal and the vertical stress that appear under a vertical loading. The grain size of the aggregates used was 8–11.2 mm. The aggregate was divided into three grades of surface roughness, depending on the level of cubicisation. Each level of surface roughness was divided into two groups, one flaky and one more cubic, in order to study the influence of aggregate shape. The laboratory tests showed that aggregate shape had an influence on the aggregate stability. Surface roughness also influenced the stability, but this was not as important as the aggregate shape.

Résumé.

Les granulats utilisés dans les structures de chaussées doivent présenter certaines caractéristiques d'abrasivité, de résistance et de forme. Ces propriétés sont fortement influencées par les opérations de concassage. Pour améliorer ces propriétés les granulats peuvent être rendus «cubiques» en utilisant un concasseur vertical à impact. Durant cette opération les bords aigus seront arrondis et la surface polie, ce qui peut avoir des effets négatifs sur la stabilité des couches de chaussée. Cet article présente un travail de laboratoire où la distribution des contraintes dans une structure de couches de chaussée a été étudiée. Le matériel utilisé était un moule cylindrique constitué de 15 hausses en acier. Le diamètre du moule était de 320 mm et sa hauteur de 360 mm. Avec ce matériel, la stabilité des granulats a été étudiée en rapport avec la forme des granulats et la rugosité de surface pour six types de granulats, en mesurant les contraintes verticale et horizontale résultant d'un chargement vertical. La taille des granulats utilisés était de 8–11,2 mm. Les granulats ont été classés en trois niveaux de rugosité de surface différente. Chaque niveau de rugosité de surface a été divisé en deux groupes, l'un aplati et l'autre plus cubique, afin d'étudier l'influence de la forme des granulats. Les essais de laboratoire ont montré que la forme des granulats avait une influence sur la stabilité des couches de chaussée. De même la rugosité de surface influence la stabilité, mais de façon mois importante que la forme des granulats.