Influence of Crumb Rubber on the Functional Characteristics of Asphalt Pavements: Acoustic Performance, Skid Resistance and Self-Sensing Behavior

This thesis examines the growing challenges in the functionality of asphalt pavements due to increasing population density and the consequent increase in vehicle use. The motivation for this research stems from the urgent need to mitigate the negative externalities associated with noise pollution and skid resistance, as well as other problems such as traffic congestion, accidents, noise and air pollution. Every year, 1,350,000 people lose their lives on roads worldwide. In 2019, the WHO presented a 64% correlation of hearing loss due to noise pollution, a figure that is projected to reach 69% by 2050, underscoring the critical importance of understanding the complex dynamics of vehicle-road functionality and interaction. The present study investigates the impact of crumb rubber on the functional properties such as acoustics and skid resistance of dense, discontinuous and open asphalt mixtures. The objective of this thesis is to evaluate the contribution of rubber to the functional properties and eco-sustainability of asphalt mixtures. The research focuses on experimental methods of evaluating the influence of rubber on volumetric, mechanical, and functional characteristics. The effect of rubber on the surface texture of various asphalt mixtures and the influence on sound absorption are still understudied and requires further exploration to understand the impact of crumb rubber on pavement surface texture, as it plays a crucial role in the prevention of traffic accidents and the generation of rolling noise. Acoustic functional properties were evaluated based on rolling noise absorption and impact attenuation properties by dynamic stiffness on cylindrical samples. In parallel, surface properties such as skid resistance at low and high-speed measurements on plate-type specimens were evaluated, in addition to the surface characteristics of resistance to tangential stress. The results provided insight into the influence of crumb rubber on the volumetric, mechanical properties, and surface functionality of asphalt mixtures such as sound absorption and skid resistance. Finally, the use of crumb rubber in multifunctional asphalt mixtures with piezoresistive properties was studied to evaluate the sensing capabilities of crumb rubber showing promising results. RESUMEN Esta tesis examina los crecientes desafíos en la funcionalidad de los pavimentos asfálticos debido al aumento de la densidad poblacional y al consiguiente incremento del uso de vehículos. La motivación para esta investigación surge de la urgente necesidad de mitigar las externalidades negativas asociadas a la contaminación acústica y la resistencia al deslizamiento, así como otros problemas como la congestión del tráfico, los accidentes, el ruido y la contaminación atmosférica. Cada año, 1,350,000 personas pierden la vida en carreteras en todo el mundo. En 2019, la OMS presentó una correlación de 64% de pérdida auditiva debido a la contaminación acústica, una cifra que se prevé alcance el 69% en 2050, lo que subraya la importancia crítica de comprender la compleja dinámica de la funcionalidad e interacción entre vehículo y carretera. El presente estudio investiga el impacto del polvo de caucho en propiedades funcionales como la acústica y la resistencia al deslizamiento de las mezclas asfálticas densas, discontinuas y abiertas. El objetivo de esta tesis es evaluar la contribución del polvo de caucho en las propiedades funcionales y la eco-sostenibilidad de las mezclas asfálticas. La investigación se centra en métodos experimentales de evaluación de la influencia del polvo de caucho en las características volumétricas, mecánicas y funcionales. El efecto del polvo de caucho en la textura superficial de diversas mezclas asfálticas y la influencia en la absorción acústica están poco estudiadas y requieren una mayor exploración para comprender el impacto del polvo de caucho en la textura superficial del pavimento, ya que aquella desempeña un papel crucial en el control de los accidentes de tráfico y en la generación de ruido de rodadura. Se evaluaron las propiedades funcionales de la acústica basadas en la absorción de ruido de rodadura y en las propiedades de atenuaciones de impactos por la rigidez dinámica sobre muestras cilíndricas. Paralelamente, se evaluaron las propiedades superficiales como la resistencia al deslizamiento a bajas y altas velocidad de medidas en muestras tipo placa además las características superficiales de resistencia al esfuerzo tangencial. Los resultados permitieron comprender la influencia del polvo de caucho en las propiedades volumétricas, mecánicas y en la funcionalidad superficial de las mezclas asfálticas como la absorción acústica y la resistencia al deslizamiento. Por último, se propuso el uso de polvo de caucho en mezclas bituminosas multifuncionales con propiedades piezorresitivas para evaluar sus capacidades como sensores mostrando resultados prometedores.