کالیبراسیون مدل‌های رگرسیونی مبتنی بر اصول ویسکوالاستیک برای پیش‌بینی مدول دینامیکی لایه‌های آسفالتی در حال بهره‌برداری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، دانشگاه ارومیه، ارومیه

2 دفتر مهندسین مشاور، شرکت آزمایشگاه فنی و مکانیک خاک، تهران

چکیده

مدول دینامیکی مشخصه رفتار ویسکوالاستیک مخلوط‌های آسفالتی است که روش طراحی روسازی مکانیستیک – تجربی (MEPDG) نیز از آن به عنوان یکی از ورودی‌های مهم در طراحی و بهسازی روسازی آسفالتی استفاده می‌کند. مدل‌های پیش‌بینی مدول دینامیکی به عنوان جایگزین اندازه‌گیری آزمایشگاهی این مدول، جزئی از روش‌های تعیین مدول دینامیکی لایه‌های آسفالتی در حال بهره‌برداری نیز می‌باشند. این در حالی است که این مدل‌ها بر اساس داده‌های آزمایشگاهی ساخته شده‌اند و نیاز به توسعه مدل‌هایی برای تعیین مدول دینامیکی لایه‌های آسفالتی در حال بهره‌برداری در شرایط مختلف ترافیکی و آب و هوایی وجود دارد. در این پژوهش ده سایت روسازی آسفالتی در راه‌های پرتردد استان‌های خوزستان و کرمان جهت انجام آزمایش‌های میدانی انتخاب شده است. در هر سایت، آزمایش FWD انجام شده و مغزه‌هایی برای تجزیه و تعیین خصوصیات حجمی مخلوط‌ها و مشخصات ویسکوزیته قیرهای بازیابی گرفته شده است. با استفاده از نتایج آزمایش‌ها و با ارزیابی مدول دینامیکی لایه‌های آسفالتی با استفاده از مدل‌های پیش‌بینی جامع و جامع ساده که مدل‌های رگرسیونی توسعه یافته مبتنی بر اصول ویسکوالاستیک هستند، امکان ساخت مدل‌های جدید با کالیبراسیون این مدل‌ها بررسی شده و مدل‌های جدید پیش‌بینی مدول دینامیکی درجای لایه‌های آسفالتی تحت عناوین مدل جامع درجا و مدل جامع ساده درجا توسعه یافته است. با استفاده از داده‌های موجود، مدل‌ها مورد ارزیابی قرار گرفته و اعتبارسنجی شده‌اند. نتایج پژوهش قابلیت پیش‌بینی مدول دینامیکی درجای لایه‌های آسفالتی را توسط مدل‌های جدید درجا با دقت پیش‌بینی بسیار خوب (ضریب تعیین 96/0) و اُریب پیش‌بینی کم نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Calibration of Regression Models Based on Viscoelastic Principles for Prediction of Dynamic Modulus of In-Service Asphalt Layers

نویسندگان [English]

  • Nader Solatifar 1
  • Mojtaba Abbasghorbani 2
1 Department of Civil Engineering, Urmia University, Urmia, Iran
2 Consultant Engineering Office, Technical and Soil Mechanics Laboratory, Tehran, Iran
چکیده [English]

Dynamic modulus is the viscoelastic behavior property of asphalt materials. Mechanistic–Empirical Pavement Design Guide (MEPDG) uses this modulus as an important input parameter in the design and rehabilitation of asphalt pavements. Dynamic modulus predictive models as an alternative method for laboratory determination of this parameter, are a major part of developing dynamic modulus of in-service asphalt layers. It should be noted that these models were developed based on laboratory data and there is a need for developing new models for prediction of dynamic modulus of in-service asphalt layers in different traffic and climatic conditions. In this research, ten asphalt pavement sites were selected in Khuzestan and Kerman provinces in Iran. At each site, Falling Weight Deflectometer (FWD) test was done and core samples were taken for extraction their binder and aggregate gradation. Using the test results, regression models for predicting dynamic modulus of asphalt mixes including Global Model and Simplified-Global Model, that developed based on viscoelastic principles, were used for analysis. These two models were calibrated and new models entitled as “In-situ Global Model” and “In-situ Simplified-Global Model” were constructed for predicting in-situ dynamic modulus of asphalt layers. Performance evaluation and validation of models showed very good correlation between predicted and measured values (R2=0.96). In addition, new in-situ models have a very good prediction accuracy and very low bias.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamic Modulus of Asphalt Layers
  • Dynamic Modulus Predictive Models
  • FWD
  • Global Model
  • Simplified-Global Model
(2012). “Standard Method of Test for Determining the Rheological Properties of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (DSR)”, AASHTO Designation: T 315-12.
 
(2014). “Standard Method of Test for Quantitative Extraction of Asphalt Binder from Hot-Mix Asphalt (HMA)”, AASHTO Designation: T 164-14.
 
(2004). “Guide for mechanistic-empirical design of new and rehabilitated pavement structures”, NCHRP 1-37A, National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, D.C.
 
(2011). “Standard Test Methods for Quantitative Extraction of Bitumen from Bituminous Paving Mixtures (D2172/D2172M-11)”, West Conshohocken, PA. doi: http://dx.doi.org/10.1520/D2172_D2172M-11
 
(2015). “Standard Test Method for Determining the Rheological Properties of Asphalt Binder Using a Dynamic Shear Rheometer (D7175-15)”, West Conshohocken, PA. doi: http://dx.doi.org/10.1520/D7175-15
 
Georgouli, K., Pomoni, M., Cliatt, B. and Loizos, A. (2015). “A simplified approach for the estimation of HMA dynamic modulus for in service pavements”, 6th International Conference ‘Bituminous Mixtures and Pavements’, Thessaloniki, Greece: 10-12 Jun.
 
Gopalakrishnan, K., Kim, S., Ceylan, H. and Kaya, O. (2014). “Development of asphalt dynamic modulus master curve using falling weight deflectometer measurements”, Technical Report: TR-659. Institute for Transportation, Iowa State University.
 
Gopalakrishnan, K., Kim, S., Ceylan, H. and Kaya, O. (2015). “Use of neural networks enhanced differential evolution for backcalculating asphalt concrete viscoelastic properties from falling weight deflectometer time series data”, 6th International Conference “Bituminous Mixtures and Pavements”, Thessaloniki, Greece: 10–12 Jun.
 
Kavussi, A., Abbasghorbani, M., Moghaddas Nejad, F. and Bamdad Ziksari, A. (2014). “Effect of knowledge level of layer thickness on pavement structural number (SN) determination based on FWD data”, Journal of Transportation Engineering, Vol. 6, No. 1, pp. 145-160.
 
Kavussi, A., Solatifar, N. and Abbasghorbani, M. (2016). “Mechanistic-empirical analysis of asphalt dynamic modulus for rehabilitation projects in Iran”, Journal of Rehabilitation in Civil Engineering, Vol. 4, No. 1, pp. 18-29. doi: https://doi.org/22075/jrce.2016.488
 
Kutay, E., Chatti, K. and Lei, L. (2011). “Backcalculation of dynamic modulus master curve from falling weight deflectometer surface deflections”, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2227, pp. 87–96. doi: https://doi.org/10.3141/2227-10
 
Loulizi, A., Flintsch, G. W. and McGhee, K. (2007). “Determination of the in-place hot-mix asphalt layer modulus for rehabilitation projects by a mechanistic-empirical procedure”, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2037, pp. 53–62. doi: https://doi.org/10.3141/2037-05
 
Lytton, R. L., Germann, F. P., Chou, Y. J. and Stoffels, S. M. (1990). “Determining asphaltic concrete pavement structural properties by nondestructive testing”, National Cooperative Highway Research Program (NCHRP), Report 327, Transportation Research Board, Washington D.C.
 
Odemark, N. (1949). “Investigation as to the elastic properties of soils and design of pavements according to the theory of elasticity”, Stockholm: Statens Vaginstitute.
 
Sakhaeifar, M. S., Kim, Y. R. and Kabir, P. (2015). “New predictive models for the dynamic modulus of hot mix asphalt”, Construction and Building Materials, No. 76, pp. 221-231. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.11.011
 
Seo, J., Kim, Y., Cho, J. and Jeong, S. (2013). “Estimation of in situ dynamic modulus by using MEPDG dynamic modulus and FWD data at different temperatures”, International Journal of Pavement Engineering, Vol. 14, No. 4, pp. 343–353. doi: https://doi.org/10.1080/10298436.2012.664274
 
Solatifar, N. (2018). “Analysis of conventional dynamic modulus predictive models of asphalt mixtures”, Amirkabir Journal of Civil Engineering, In press. doi: http://dx.doi.org/10.22060/ceej.2018.15006.5811
 
Solatifar, N., Abbasghorbani, M., Kavussi, A. and Sivilevičius, H. (2018). “Prediction of depth temperature of asphalt layers in hot climate areas”, Journal of Civil Engineering and Management, Vol. 24, No. 7, pp. 516-525. doi: https://doi.org/10.3846/jcem.2018.6162
 
Solatifar, N., Kavussi, A., Abbasghorbani, M. and Katicha, S. W. (2019). “Development of dynamic modulus master curves of in-service asphalt layers using MEPDG models”, Road Materials and Pavement Design. Vol 20, No. 1, pp. 225-243. doi: https://doi.org/10.1080/14680629.2017.1380688
 
Solatifar, N., Kavussi, A., Abbasghorbani, M. and Sivilevičius, H. (2017). “Application of FWD data in developing dynamic modulus master curves of in-service asphalt layers”, Journal of Civil Engineering and Management, Vol. 23, No. 5, pp. 661-671. doi: https://doi.org/10.3846/13923730.2017.1292948
 
Ullidtz, P. (1998). “Modeling flexible pavement response and performance”, Gylling: Narayana Press.
 
Ullidtz, P. (2000). “Will nonlinear backcalculation help?”, Nondestructive Testing of Pavements and Backcalculation of Moduli, Third Volume, ASTM STP 1375, S. D. Tayabji and E. O. Lukanen, Eds., American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA. doi: http://dx.doi.org/10.1520/STP14757S
 
Varma, S. and Kutay, M. E. (2016). “Backcalculation of viscoelastic and nonlinear flexible pavement layer properties from falling weight deflections”, International Journal of Pavement Engineering, Vol. 17, No. 5, pp. 388–402. doi: https://doi.org/10.1080/10298436.2014.993196
 
Varma, S., Kutay, M. E. and Levenberg, E. (2013). “Viscoelastic genetic algorithm for inverse analysis of asphalt layer properties from falling weight deflections”, Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2369, pp. 38–46. doi: https://doi.org/10.3141/2369-05