Assessment of the mechanical properties of bituminous mixtures containing palm fibers

In Algeria, many road and highway pavements suffer from strong premature degradations that appear in the first years of their service life due to the severe climatic conditions, with particularly high air temperature in summer, the increasing traffic loads and the insufficient performance of the pavement materials used. Algeria is one of the largest producers of date palms in the world, it has a totally palm grove area of more than 160,000 hectares and the production of dates generates about 200,000 tons of waste per year. Today this is a resource insufficiently reused and a possible way of valorization and recycling this material could be in pavement field. The objective of this study is to evaluate the influence of adding date palm fibers on the thermo-mechanical behavior of bituminous mixtures. First, the evaluation of fiber-reinforced bitumen was conducted to analyze the influence of date palm fibers on the rheological properties of the binder. Then, a reference mix of SMA 0/10 was validated in terms of compactability, stability, draindown and rutting resistance. Furthermore, several SMA mixes modified by adding a fixed fiber content (0.3 % by weight of the total aggregate mass) and varying fiber length and fiber addition method were performed in order to compare the results and find the solution that gives the better SMA performance. The results demonstrated that date palm fibers can improve density, decrease sharply binder drainage and that they are able to provide a discrete mechanical reinforcement contribution. Moreover, the composition of SMA with its strong aggregate skeleton was proved to have a high resistance to external deformation. In terms of rutting resistance, fibers could improve the performance of the mixture at a relative long-term service life. Furthermore, the use of a waste resource has both environmental and economic advantages. This internship was conducted in Paris, in the research center (Institute de Recherche en Contructibilité) of the ESTP (Ecole Spéciale des Travaux Publics), a French institution which educates students in construction field.

In Algeria la maggior parte delle pavimentazioni stradali soffre di forti deformazioni premature dovute all’effetto combinato di diversi fattori: le severe condizioni climatiche, caratterizzate da temperature particolarmente elevate in estate, l’aumento crescente dei carichi di traffico e i materiali di bassa prestazione che vengono utilizzati. L’Algeria è uno dei più grandi produttori al mondo di palma da dattero, ha una superfice di palme coltivate di circa 160.000 ettari che producono intorno alle 200.000 tonnellate di rifiuti all’anno. Questa è una risorsa che oggi non viene sufficientemente riutilizzata, ed un modo per poterla valorizzare e permetterne il riciclo potrebbe essere nel campo delle pavimentazioni stradali. L’obiettivo di questa tesi è la valutazione dell’influenza dell’aggiunta di fibre di palma da dattero sulle proprietà termo-meccaniche delle miscele bituminose. Dapprima è stata condotta la valutazione della miscela di bitume rinforzato con fibre per analizzare l’influenza delle fibre di palma sulle proprietà reologiche del bitume. In seguito, una miscela di riferimento di SMA 0/10 è stata validata in termini di compattazione, stabilità, drain-down del legante e resistenza all’ormaiamento. Successivamente, sono state performate diverse miscele di SMA modificate aggiungendo un contenuto fisso di fibre, pari al 0.3 % rispetto al peso della massa degli aggregati, e facendo variare la lunghezza della fibra e il metodo di modifica, con lo scopo di comparare i risultati ed individuare la soluzione che dà le migliori performance alla miscela. I risultati hanno dimostrato che le fibre di palma da dattero possono aumentare la densità e ridurre in maniera eccellente il draindown del legante; inoltre, riescono anche a dare un discreto contributo come rinforzo meccanico. La composizione tipica dello SMA, con il suo scheletro solido di aggregati, ha dimostrato di saper fornire un’elevata resistenza alle deformazioni esterne. Inoltre, le fibre di palma da dattero possono aumentare la resistenza all’ormaiamento per una durata medio lunga di vita utile della pavimentazione. Inoltre, l’utilizzo di fibre naturali di scarto è positivo sia perché porta vantaggi ambientali che economici. Questo lavoro di tesi è stato condotto a Parigi nel centro di ricerca IRC dell’ESTP (Ecole Spéciale des Travaux Publics), un istituto francese che si occupa di formare futuri ingegneri nel campo delle costruzioni.