تأثیر پارامترهای پالس بارگذاری بر مدول برجهندگی مخلوط‌های آسفالتی با استفاده از نظریه ویسکوالاستیک

نوع مقاله: علمی - پژوهشی

چکیده

مدول برجهندگی مخلوط‌های آسفالتی از جمله پارامترهای کلیدی در روش‌های مکانیستیک - تجربی طراحی روسازی است. مدول برجهندگی مخلوط‌های آسفالتی معمولاً تحت اثر یک بارگذاری مشخص تعیین می‌شود که این بارگذاری، شرایط واقعی بارگذاری مصالح آسفالتی را در کلیه موارد شبیه‌سازی نمی‌کند. در این مقاله، تأثیر پارامترهای مختلف بارگذاری شامل شکل پالس تنش، مدت زمان اعمال پالس تنش، نسبت دوره استراحت به مدت زمان اعمال پالس تنش و همچنین تعداد سیکل‌های پیش بارگذاری بر روی مدول برجهندگی مخلوط‌های آسفالتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور از اطلاعات مدول مختلط چهار نوع مخلوط آسفالتی استفاده شده و پس از اعتبار سنجی نتایج حاصل از روش عددی بر پایة نظریة ویسکوالاستیک، مدول برجهندگی در شرایط مختلف با بهره‌گیری از نظریة ویسکوالاستیک محاسبه شده است. نتایج نشان می‌دهد که شکل و مدت زمان بارگذاری بر روی مدول برجهندگی مخلوط‌های آسفالتی به طور قابل ملاحظه تأثیر می‌گذارد و باید در طراحی روسازی مد نظر قرار گیرد. به علاوه نسبت دوره استراحت به زمان بارگذاری باید حداقل برابر با 9 انتخاب شود تا خطای پیش‌بینی مدول برجهندگی کمتر از 3 درصد باشد. در این مقاله دو مدل با توانایی تعمیم پذیری بالا به منظور پیش‌بینی مدول برجهندگی با توجه به مدت زمان بارگذاری و دمای مخلوط آسفالتی ارایه شده است. مدل‌های فوق این امکان را فراهم می‌سازند تا با انجام تعداد محدودی آزمایش مدول برجهندگی و کالیبراسیون مدل، امکان تعیین مدول برجهندگی مخلوط آسفالتی در سایر دماها و زمان‌های بارگذاری فراهم شود. همچنین مشخص شد که بین مدول برجهندگی تحت اثر بارگذاری نیم سینوسی و مربعی یک رابطه کلی بسیار دقیق برقرار است و پس از کالیبره کردن این رابطه می‌توان با انجام آزمایش تحت اثر یک شکل بارگذاری، مدول برجهندگی تحت اثر شکل بارگذاری دیگر را پیش بینی کرد.

کلیدواژه‌ها


- AASHTO (1993) “Guide for design of pavement structures”, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC
- AASHTO (1996) “AASHTO TP31-96: Standard test method for determining the resilient modulus of bituminous mixtures by indirect tension”, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington DC., United States.

- Al-Qadi, I.L., Elseifi, M.A., Yoo, P.J., Dessouky, S.H., Gibson, N., Harman, T., D’Angelo, J. and Petros, K. (2008a) “Accuracy of current complex modulus selection procedure from vehicular load pulse: NCHRP Project 1-37A Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide”, Transportation Research Record, Vol. 2087, No., pp. 81-90.

-  ASTM (2011) “ASTM D7369-11: Standard test method for determining the resilient modulus of bituminous mixtures by indirect tension test”, ASTM International, Washington, DC, USA.

- AUSTROADS. (2010) “Guide to pavement technology (APT-02/10) – Part 2: Pavement structural design”, Austroads, Sydny, Australia.

- Barksdale, R. D. (1971) “Compressive stress pulse times in flexible pavements for use in dynamic testing”, Highway Research Record, Vol. 345, No., pp. 32-44.
-  Barksdale, R. D., Alba, J., Khosla, N., Kim, R., Lambe, P. and Rahman, M. (1997), “Laboratory determination of resilient modulus for flexible pavement design (NCHRP Project 1-28)”, Transportation Research Board

-  Brown, S. (1973) “Determination of Young’s modulus for bituminous materials in pavement design”, Highway Research Record, Vol. 431, No., pp. 38-49.

-  Fairhurst, C., Kosla, N. and Kim, Y. (1990) “Resilient modulus testing of asphalt specimens in accordance with ASTM D4123-82”, Mechanical Tests for Bituminous Mixes. Characterization, Design and Quality Control. Proceedings of the Fourth International Symposium held by RILEM.

- Ghaffarpour Jahromi, S. and Khodaii, A. (2009) “Comparing factors affecting resilient modulus in asphalt mixtures”, Transaction A: Civil Engineering, Vol. 16, No. 5, pp. 367-375.

-  Hu, X., Zhou, F., Hu, S. and Walubita, L.F. (2010) “Proposed loading waveforms and loading time equations for mechanistic-empirical pavement design and analysis”, Journal of Transportation Engineering, Vol. 136, No. 6, pp. 518-527.
-  Huang , Y. H. (2004) “Pavement analysis and design”, Prentice Hall, inc. , USA, New Jersey.

- IRC (2012) “Guidelines for the design of flexible pavements”, Indian Road Congress

- Kamal, M., Shazib, F. and Yasin, B. (2005) “Resilient behaviour of asphalt concrete under repeated loading & effects of temperature”, Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, Vol. 6, No., pp. 1329-1343.

- Kim, Y., Shah, K. and Khosla, N. (1992) “Influence of test parameters in SHRP P07 Procedure on resilient moduli of asphalt concrete field cores”, Transportation Research Record, Vol. No. 1353, pp.

-  Law, T. L. (2004) “Resilient modulus of asphalt concrete mixtures”, M.S. thesis, University of Manitoba, Manitoba.

- Loulizi, A., Al-Qadi, I. L., Lahouar, S. and Freeman, T.E. (2002) “Measurement of vertical compressive stress pulse in flexible pavements: Representation for dynamic loading tests”, Transportation Research Record, Vol. 1816, No., pp. 125-136.
-  McLean, D. B. (1974) “Permanent deformation characteristics of asphalt concrete”, Ph.D dissertation, University of California, Institute of Transportation and Traffic Engineering.

- Monismith, C. (1989) “Resilient modulus testing: interpretation of laboratory results for design purposes”, Workshop on Resilient Modulus Testing to be Held at Oregon State University, Corvallis, Oregon.

- NCHRP (2004) “Guide for mechanistic–empirical design of new and rehabilitated pavement structures, Final Report for Project 1-37A”, National Cooperative Research Program, Washington, DC.

-  Oza, A., Vanderby, R. and Lakes, R. S. (2006) “Generalized solution for predicting relaxation from creep in soft tissue: application to ligament”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 48, No. 6, pp. 662-673.

- Park, S. and Schapery, R. (1999) “Methods of interconversion between linear viscoelastic material functions. Part I—a numerical method based on Prony series”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 36, No. 11, pp. 1653-1675.
-  Sorvari, J. and Malinen, M. (2007) “Numerical interconversion between linear viscoelastic material functions with regularization”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 44, No. 3, pp. 1291-1303.

- Theyse, H., Maina, J. and Kannemeyer, L. (2007) “Revision of the South African flexible pavement design method: mechanistic-empirical components”.

- Ullidtz, P. (2005) “Frequency / loading time”, Committee Notes.

- Yin, H., Solaimanian, M., Kumar, T. and Stoffels, S. (2007) “The effect of loading time on flexible pavement dynamic response: a finite element analysis”, Mechanics of Time-Dependent Materials, Vol. 11, No. 3, pp. 265-288.

-  Zhou, F., Fernando, E. and Scullion, T. (2010) “Development, calibration, and validation of performance prediction models for the Texas ME flexible pavement design system”, Texas Transportation Institute, Texas A&M University.