تحلیل شبه استاتیک روسازی‌های انعطاف‌پذیر بر اساس منحنی‌های مرجع مدول برجهندگی بتن آسفالتی

غنی زاده, علیرضا

تحلیل شبه استاتیک روسازی‌های انعطاف‌پذیر بر اساس منحنی‌های مرجع مدول برجهندگی بتن آسفالتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

علیرضا غنی زاده

استادیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان، سیرجان، ایران

چکیده

به‌منظور لحاظ نمودن تأثیر زمان بارگذاری بر روی سختی مخلوط‌های آسفالتی، در روش‌های اخیر طراحی مکانیستیک-تجربی روسازی، ازجمله برنامة ارائه‌شده در راهنمای طراحی مکانیستیک-تجربی روسازی (MEPDG)، از تحلیل شبه استاتیک با فرض رفتار الاستیک به‌جای تحلیل دینامیک با فرض رفتار ویسکوالاستیک مصالح آسفالتی استفاده می‌شود. تحلیل شبه استاتیک معمولاً با توجه به منحنی مرجع مدول دینامیکی انجام می‌شود. بااین‌وجود تحقیقات گذشته نشان می‌دهند که مقدار مدول دینامیکی در مقایسه با مدول برجهندگی به علت در نظر گرفتن زمان استراحت در تعیین مدول برجهندگی، همواره مقدار بزرگ‌تری است. به همین دلیل استفاده از مدول دینامیک در تحلیل و طراحی شبه استاتیک روسازی سبب کاهش قابلیت اطمینان می‌شود. در این مقاله روشی جهت تحلیل شبه استاتیک روسازی با تکیه بر منحنی مرجع مدول برجهندگی برای سه شکل بارگذاری مربعی، نیم‌سینوسی و مثلثی پیشنهادشده است. در این روش منحنی مرجع مدول برجهندگی برای شکل‌های مختلف بارگذاری با استفاده از نتایج آزمایش مدول مختلط و بهره‌گیری از نظریه ویسکوالاستیک خطی به دست می‌آید. مقایسه عمر خستگی و شیار شدگی روسازی‌های آسفالتی حاصل از تحلیل شبه استاتیک نشان می‌دهد که در صورت استفاده از منحنی مرجع مدول دینامیک به‌جای منحنی مرجع مدول برجهندگی عمر روسازی بسیار بیشتر از مقدار واقعی آن تخمین زده می‌شود. همچنین مطالعات انجام‌شده نشان می‌دهند که برای تحلیل دقیق‌تر روسازی و در نظر گرفتن شکل پالس بارگذاری و زمان استراحت بر روی سختی لایه‌های آسفالتی، می‌توان از مقادیر مدول دینامیک استفاده نمود با این فرض که برای تعیین فرکانس بارگذاری از رابطه (f=1/2πt) به‌جای رابطه (f=1/t) استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.20086598.1395.8.1.6.5

موضوعات

روسازی

عنوان مقاله [English]

Quasi-Static Analysis of Flexible Pavements based on Resilient Modulus Master Curves of HMA

نویسنده [English]

Ali Reza Ghanizadeh

Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran

چکیده [English]

In order to consider the effect of loading time and temperature on the stiffness modulus of asphalt mixtures in current mechanistic-empirical pavement design methods, such as Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide (MEPDG), the quasi-static analysis assuming elastic behavior of asphalt mixtures is employed instead of dynamic analysis assuming viscoelastic behavior of asphalt mixtures. In current procedures, quasi-static analysis of pavement is commonly accomplished by dynamic modulus. Nevertheless, previous studies have shown that the dynamic modulus is greater than the resilient modulus due to consideration of rest period for determination of resilient modulus of asphalt mixtures. Due to this reason, utilizing dynamic modulus for quasi-static analysis of pavements results in decreasing reliability of pavement design. This paper aims to propose a new method for quasi-static analysis of flexible pavements on the basis of resilient modulus master curves of asphalt mix under three loading waveforms of square, triangular and haversine. In the proposed method, the resilient modulus master curves under different loading waveforms are developed based on measured complex moduli and by employing linear viscoelastic theory. Comparison of fatigue life and rutting life resulting from the quasi-static analysis of pavement based on the dynamic modulus and resilient modulus shows that the pavement life is overestimated when the dynamic modulus master curve is used instead of resilient modulus master curves. Also, this paper shows that for more accurate quasi-static analysis of flexible pavements and to consider loading waveform as well as the rest period on the stiffness of asphalt materials, the dynamic modulus values should be used with the assumption of f = 1/2πt instead of f = 1/t.

کلیدواژه‌ها [English]

Quasi-static Analysis
pavement design
Mechanistic-Empirical method
Resilient Modulus master curve

مراجع

- فخری، منصور و غنی‌زاده، علیرضا (1391) " توسعة برنامه‌ای جهت تحلیل غیرخطی روسازی‌های انعطاف‌پذیر"، فصلنامة علمی و پژوهشی حمل و نقل، سال سوم، شمارة 3، ص. 245-258.

- معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس‌جمهور (1390) "نشریه 234:آیین نامه طراحی روسازی‌های آسفالتی ایران"، تجدید نظر اول.

-AASHTO (1993) "Guide for design of pavement structures": American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, DC.

-AASHTO (2003) "AASHTO T 320-03: Standard method of test for determining the permanent shear strain and stiffness of asphalt mixtures using the superpave shear tester (SST)", Washington DC., United States: American Association of State Highway and Transportation Officials.

-AI. (1982) "Research and development of the asphalt institute’s thickness (MS-1)" (9th edition ed.): Asphalt Institute.

-AUSTROADS. (2010) "Guide to Pavement Technology (APT-02/10) – Part 2: Pavement Structural Design". Sydny, Australia: Austroads.

-Barksdale, R. D. (1971) "Compressive stress pulse times in flexible pavements for use in dynamic testing". Highway Research Record, Vol. 345, pp. 32-44.

-Buttlar, W., Wagoner, M., You, Z. and Brovold, S. (2004) "Simplifying the hollow cylinder tensile test procedure through volume-based strain ". Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 73, pp. 367-399.

-Chehab, G. R., Quinn, E., and Kim, Y. R. (2000) "Specimen geometry study for direct tension test based on mechanical tests and air void variation in asphalt concrete specimens compacted by superpave gyratory compactor". Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 1723, pp. 125-132.

-Dongre, R., Myers, L. and D’Angelo, J. (2006) "Conversion of testing frequency to loading time: impact on performance predictions obtained from the ME pavement design guide", Paper presented at the Transportation Research Board 85th Annual Meeting, Washington DC, United States.

-Fakhri, M. and Ghanizadeh, A. R. (2014) "An experimental study on the effect of loading history parameters on the resilient modulus of conventional and SBS-modified asphalt mixes", Construction and Building Materials, Vol. 53, pp. 284-293.

-Ghanizadeh, A. R. and Fakhri, M. (2013) "Effect of waveform, duration and rest period on the resilient modulus of asphalt mixes", Procedia-Social and Behavioral Sciences, Vol. 104, pp. 79-88.

-Hernandez, J. A. (2010) "Evaluation of the response of perpetual pavement at accelerated pavement loading facility: Finite element analysis and experimental investigation", M.S. Thesis, Ohio University.

-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" (2nd ed.). USA, New Jersey: Prentice Hall, Inc.

-IRC (2012) "Guidelines for the design of flexible pavements" (3rd ed.): Indian Road Congress.

-Kim, Y. R., Seo, Y., King, M. and Momen, M. (2004) "Dynamic modulus testing of asphalt concrete in indirect tension mode". Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 1891, pp. 163-173.

-Lacroix, A., Khandan, A. A. M. and Kim, Y. R. (2007) "Predicting the resilient modulus of asphalt concrete from the dynamic modulus", Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 2001,pp. 132-140.

-Lee, H. S., Kim, S., Choubane, B. and Upshaw, P. (2012) "Construction of Dynamic Modulus Master Curves with Resilient Modulus and Creep Test Data", Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 2296, pp. 1-14.

-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", Paper presented at the Workshop on Resilient Modulus Testing , Oregon State University, Corvallis, Oregon.

-NCHRP. (2004) "Guide for mechanistic–empirical design of new and rehabilitated pavement structures, final report for project 1-37A". Washington, DC: National Cooperative Research Program.

-Park, S. and Schapery, R. (1999) "Methods of inter-conversion 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.

-Siddharthan, R., Krishnamenon, N. and Sebaaly, P. (2000) "Pavement response evaluation using finite-layer approach". Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, Vol. 1709, pp. 43-49.

-Theyse, H., Maina, J. and Kannemeyer, L. (2007) "Revision of the South African flexible pavement design method; mechanistic-empirical components", Paper presented at the 9th Conference on Asphalt Pavements for Southern Africa (CAPSA2007)

-Witczak, M., Bonaquist, R., Von Quintus, H., and Kaloush, K. (2000) "Specimen geometry and aggregate size effects in uniaxial compression and constant height shear tests", Journal of Association of Asphalt Paving Technologists, Vol. 69, pp. 457-496.

-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 and M University System.