Toward effective use of road foundation materials in urban pavements

The nature of road foundation materials plays a significant role in defining pavement behaviour under traffic loading. Currently, however, this role and its impact on road performance are not well established. This calls for the need to develop adequate characterization techniques for road materials. The requirement to consider relevant performance indicator(s) necessitates in the beginning reliance on a mechanical response. Mechanical responses are usually based on external loading conditions. In the case of a pavement structure, this translates into traffic and environmental conditions and constitutes an important input to the pavement design/rehabilitation process.This paper presents recent developments in the area of road foundation materials characterization that is currently being pursued at NRC's Institute for Research in Construction. A state-of-the-art laboratory facility was designed and built to develop effective measures to guard against road deterioration in the case of inadequate structural support provided to the asphalt surface. Using this facility, a silty sand material representing a typical subgrade and an unbound aggregate material commonly used in base and sub-base road layers were tested under various load and physical conditions.Results obtained in the form of resilient moduli of the tested materials were analyzed using statistical techniques. The results highlighted the well-known need to control compaction quality of these road materials to effectively reduce the potential for premature failure. Furthermore, the results suggest the need for putting more emphasis on moisture effects than currently being considered. Current practice focuses on obtaining the highest possible percentage of relative field density with less emphasis being placed on controlling field moisture content. The results obtained from the mechanical test on both investigated materials show a significant drop in strength for an increase in moisture within commonly accepted ranges. These findings advocate the need to revisit the way that road foundation materials are characterized and the implication(s) that this may have on the design and rehabilitation of pavements.Les mat\ue9riaux d'assise jouent un r\uf4le important dans la caract\ue9risation du comportement des chauss\ue9es sous les charges de roulage. Mais leur r\uf4le et leur impact sur la performance des chauss\ue9es ne sont pas bien connus et, par cons\ue9quent, la mise au point de techniques de caract\ue9risation appropri\ue9es pour les mat\ue9riaux d'assise routi\ue8re s'imposait. Pour \ue9tablir des indicateurs de performance pertinents, on doit d'abord se fier \ue0 la r\ue9ponse m\ue9canique, laquelle est habituellement tributaire des conditions de charge externes. Dans le cas des chauss\ue9es, ces charges sont exerc\ue9es par les v\ue9hicules roulants et par les conditions environnementales, qui constituent des facteurs importants pour la conception ou la r\ue9habilitation des chauss\ue9es. Cet article d\ue9crit les r\ue9cents d\ue9veloppements dans le domaine de la caract\ue9risation des mat\ue9riaux d'assise qui sont en cours \ue0 l'Institut de recherche en construction du CNRC. Un laboratoire moderne a \ue9t\ue9 con\ue7u et construit pour identifier des mesures efficaces pour pr\ue9venir la d\ue9t\ue9rioration des chauss\ue9es due \ue0 un support structural inad\ue9quat de la surface asphalt\ue9e. Dans ce laboratoire, on a \ue9tudi\ue9 le comportement d'un mat\ue9riau \ue0 base de sable silteux repr\ue9sentant le mat\ue9riau d'assise, recouvert d'un mat\ue9riau granulaire non li\ue9 couramment utilis\ue9 pour les couches de fondation des chauss\ue9es, sous diff\ue9rentes conditions physiques et de charge. Les r\ue9sultats obtenus ont \ue9t\ue9 analys\ue9s au moyen de techniques statistiques pour \ue9tablir des mod\ue8les r\ue9silients des mat\ue9riaux test\ue9s. Ces r\ue9sultats ont confirm\ue9 la n\ue9cessit\ue9 de contr\uf4ler la qualit\ue9 du compactage de ces mat\ue9riaux routiers pour r\ue9duire la probabilit\ue9 d'une d\ue9faillance pr\ue9matur\ue9e. Ils sugg\ue8rent \ue9galement que l'on devrait mettre davantage l'accent sur les effets de l'humidit\ue9 qu'on le fait pr\ue9sentement. Actuellement, on cherche \ue0 obtenir le pourcentage le plus \ue9lev\ue9 possible de densit\ue9 relative du mat\ue9riau sur le terrain, sans s'attacher \ue0 contr\uf4ler la teneur en humidit\ue9 du sol. Les r\ue9sultats des essais m\ue9caniques r\ue9v\ue8lent pourtant une baisse importante de la r\ue9sistance de la chauss\ue9e en fonction de l'\ue9l\ue9vation de la teneur en humidit\ue9 pour des types de mat\ue9riaux couramment accept\ue9s. Ils mettent en lumi\ue8re la n\ue9cessit\ue9 de revoir la caract\ue9risation des mat\ue9riaux d'assise et leur impact sur la conception et la r\ue9habilitation des chauss\ue9es.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye