Modeling of Asphalt Concrete Rutting using Indirect Tensile Strength Test Results and Marshall Parameters

Document Type : Research Paper



Rutting is one of the most important deteriorations in flexible pavements and a significant amount of annual maintenance and rehabilitation funds are spent for its repair. Permanent deformations increases, which leads to increasing rut depth, can cause irrepairable problems in asphalt pavements. On the other hand, in Marshall method, which is known as the main method of asphalt mixtures mix design in Iran, the lack of a simple test to determine specimen resistance to permanent deformation is sensible. Although there are many devices to measure the rutting nowadays, but none of them have the ability to be used at site level. In addition, prevalent methods of evaluating rutting potential of asphalt mixtures are usually expensive and time consuming. The abovementioned factors necessitate development of a simple laboratory method that not only enjoys an acceptable precision but also is able to predict specimens rutting performance with low cost within the short time. In this research, one type of aggregate, one type of gradation, two types of bitumen, one type of filler, and three bitumen contents were used to prepare Marshall asphalt mixture specimens. After performing the main tests on specimens, IDT test results and Marshall parameters were used to develop a mathematical model to estimate specimen Wheel Track apparatus rut depth. The presented model measures rutting resistance using a combination of indirect tensile strength test results and Marshall parameters. The model is validated using artificial neural network, which makes it possible to evaluate rutting potential while OBC is being determined in a laboratory. Therefore, not only is there no need for expensive instruments of rutting test, but also a remarkable time saving in mix design procedure is achievable.


پژوهشکده حمل و نقل. 1385. "مخلوط­ های آسفالتی با مقاومت بالا در برابر شیارشدگی". دبیرخانه مجمع جهانی راه (پیارک)، وزارت راه و ترابری، معاونت آموزش، تحقیقات و فناوری، چاپ اول، صفحات 10-11.
پژوهشکده حمل و نقل. 1387. "بررسی آزمایشگاهی اثر نوع دانه ­بندی و فضای خالی در بتن آسفالتی بر شیار جای چرخ و قیرزدگی در راه­ های کشور". وزارت راه و ترابری، چاپ اول، فصل اول، صفحات 1-4.
دیواندری، ح. 1391. "ارائه مدل شیارشدگی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از منحنی تنش برشی متراکم کننده دورانی". رساله دکتری، دانشگاه علم و صنعت ایران، دانشکده عمران، تهران.
زیاری، ح.، دیواندری، ح.، شفابخش، غ. و فخری، م. 1392. "ارائه مدل تخمین عدد روانی آسفالت با استفاده از منحنی تنش برشی و شیب تراکم ژیراتوری". پژوهشکده حمل و نقل، فصلنامه علمی و پژوهشی پژوهشنامه حمل و نقل، 10(2): 171-191.
زیاری، ح.، دیواندری، ح.، شفابخش، غ. و حسامی، س. 1392. "ارائه مدل پیش­بینی پتانسیل شیارشدگی آسفالت با استفاده از پارامترهای خروجی متراکم کننده ژیراتوری"، پژوهشکده حمل و نقل، فصلنامه علمی و پژوهشی پژوهشنامه حمل و نقل، 10(1): 29-43.
عامری، م.، مقدس نژاد، ف. و میرزاحسینی، م. 1389. "ارائه مدل پیش­بینی پتانسیل شیارشدگی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از پارامترهای حاصل از طرح اختلاط مارشال و بررسی تأثیر این پارامترها بر عدد روانی". پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، 14 تا 16 اردیبهشت، دانشگاه فردوسی مشهد.
فخری، م. و توفیق، ع. ر. 1389. "ارزیابی شیارشدگی در مخلوط­ های آسفالتی با استفاده از نرم افزار المان محدود ABAQUS". پنجمین کنگره ملی مهندسی عمران، 14 تا 16 اردیبهشت، دانشگاه فردوسی مشهد.
معاونت برنامه­ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری. 1390. "آئین نامه روسازی راه­ های آسفالتی ایران". نشریه شماره 234، وزارت راه و شهرسازی، پژوهشکده حمل و نقل، مؤسسه قیر و آسفالت ایران، تجدید نظر اوّل.
Anderson, R. M., Christensen, W. D. and Bonaquist, R. 2003. “Estimating the Rutting Potential of Asphalt Mixtures using Superpave Gyratory Compaction Properties and Indirect Tensile Strength”. Association of Asphalt Paving Technologists- Proceedings of the Technical Sessions, Vol.  72.
Anderson, R. M., Turner, A. P., Peterson, L. R. and Mallick, B. R. 2002. “Relationship of Superpave Gyratory Compaction Properties to HMA Rutting Behavior”. NCHRP Report 478, Transportation Research Board, Washington D.C., pp. 1-16.
Anderson, R. M. 2002. “Relationship between Superpave Gyratory Compaction Properties and the Rutting Potential of Asphalt Mixtures”. Asphalt Paving Technology, Association of Asphalt Paving Technologists- Proceedings of the Technical Sessions, Vol. 71, pp. 207-247.
Bahuguna, S. 2003. “Permanent Deformation and Rate Effects in Asphalt Concrete: Constitutive Modeling and Numerical Implementation”. PhD Dissertation, Case Western Reserve University.
Drakos, C. 2003. “Identification of a Physical Model to Evaluate Rutting Performance of Asphalt Mixtures”. PhD Dissertation, Uuniversity of Florida.
Fwa, T. F., Pasindu, H. R. and Ong, G. P. 2012. “Critical rut depth for pavement maintenance based on vehicle skidding and hydroplaning consideration”. J. Transport. Eng. 138(4): 423-429.
Iran Ministry of Road and Transportation, 2009. “Effect of Gradation Type and Void in Asphalt Concrete on Rutting and Bleeding in Iran Roads”. 1st Ed., Transportation Research Institute (TRI).
McGarvey, K., Panko, M., Hurt, C., Mehta, Y. and Sukumaran, B. 2010. “Use of the Superpave   Gyratory Compactor as a Predictor of Field Performance”. FAA Worldwide Airport Technology Transfer Conference, Atlantic City, New Jersey, USA.
Mirzahosseini, M. R., Najjar, Y. M., Alavi, A. H, and Gandomi, A. H. 2013. "ANN-Based Prediction Model for Rutting Propensity of Asphalt Mixtures". Transportation Research Board, 92nd Annual Meeting, No. 13-2180.
Onyango, M. 2009. "Verification of Mechanistic Prediction Models for Permanent Deformation in Asphalt Mixes Using Accelerated Pavement Testing". PhD Dissertation, Kansas State University.
Pardhan, M. M. 1995. “Permanent Deformation Characteristics of Asphalt-Aggregate Mixture Using Varied Material and Modeling Procedure with Marshall Method”. PhD Dissertation, Montana University.
PIARC (Permanent International Association of Road Congresses)- World Road Association. 2006. “Bituminous Materials with a High Resistance to Flow Rutting”. The Bureau of Technology and Safety Studies, PIARC Secretariat in Iran.
Santucci, L. 2000. “Rut Resistant Asphalt Pavements”. LTAP Field Engineer, Tech. Transfer Program Specialist, Pavement Research Center, UC Berkeley, Institute of Transportation Studies.
Witczak, M. W., Kaloush, K., Pellinen, T., El– Basyoung, M. and Von Quintus, H. 2002. "Simple Performance Test for Superpave Mix Design ".  NCHRP  Report  465,  Transportation  Research  Board, Washington, D. C.
Zaniewski, J. and Srinivasan, G. 2004. “Evaluation of Indirect Tensile Strength to Identify Asphalt Concrete Rutting Potential”. Asphalt Technology Program, Department of Civil and Environmental Engineering, West Virginia University, Morgantown, West Virginia.
Ziari, H. and Divandari, H. 2013. "Presenting asphalt mixtures flow number prediction model using Gyratory curves". Intl. J. Civil Eng., Trans. A: Civil Eng. 11(2): 125-133.
Ziari, H., Divandari, H., Behbahani, H. and Ameri, M. 2012. “Developing a forecasting model for asphalt rutting potential using Gyratory compactor parameters”. Life Sci. J. 9(4): 4140-4149.