Effect of compaction on the resilient behaviour of granular materials: an analytical study

The new 2002 AASHTO Guide for Pavement Design advocates the use of the resilient modulus parameter for the characterization of granular materials used as base and sub-base layers in flexible pavements. This mechanistic parameter is known to be influenced by the material physical conditions and the state of stress the material is subjected to. The research work reported herein examines the effect of one of the construction variables, namely compaction, on the resilient modulus. The study involves an analytical simulation, using the Discrete Element Method (DEM), to quantify the effect of compaction, as measured by relative density, on the resilient modulus. It consists in performing analytical simulations on an assembly of particles compacted to three degrees of compaction and subjected to the same state of stress usually used in laboratory testing. Results confirmed the major role that density plays in defining the resilient behaviour of granular materials. Findings consolidated the potential of the DEM technique for modeling the resilient behaviour of these materials.Le nouveau guide de 2002 de l'AASHTO pour la conception des chauss\ue9es pr\ue9conise l'utilisation du param\ue8tre de module de r\ue9silience pour la caract\ue9risation des mat\ue9riaux granulaires utilis\ue9s comme couche de base et couche de fondation dans les rev\ueatements souples. Ce param\ue8tre m\ue9caniste est reconnu pour \ueatre influenc\ue9 par les conditions physiques et l'\ue9tat de contrainte auxquels sont soumis les mat\ue9riaux. Les travaux de recherche expos\ue9s ici \ue9tudient l'effet de l'une des variables de construction, soit le compactage, sur le module de r\ue9silience. L'\ue9tude repose sur une simulation analytique, effectu\ue9e \ue0 l'aide de la m\ue9thode des \ue9l\ue9ments discrets et permettant de quantifier l'effet du compactage, mesur\ue9 par la densit\ue9, sur le module de r\ue9silience. Il s'agit d'ex\ue9cuter des simulations analytiques sur un ensemble de particules qui pr\ue9sentent trois degr\ue9s de compactage et qui sont soumises \ue0 l'\ue9tat de contrainte ordinairement utilis\ue9 dans les essais en laboratoire. Les r\ue9sultats ont confirm\ue9 que la densit\ue9 joue un r\uf4le important dans la d\ue9finition du comportement r\ue9silient des mat\ue9riaux granulaires. Ils ont aussi confirm\ue9 les possibilit\ue9s offertes par la m\ue9thode des \ue9l\ue9ments discrets pour la mod\ue9lisation du comportement r\ue9silient de ces mat\ue9riaux.Peer reviewed: YesNRC publication: Ye