Backcalculation of flexible pavement moduli including interlayer bonding conditions - numerical analysis

• Autorzy: Tutka Paweł , Nagórski Roman , Złotowska Magdalena

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.141870

Warianty tytułu

PL

Obliczenia półodwrotne modułów sztywności nawierzchni drogowej podatnej z uwzględnieniem sczepności warstw - analiza numeryczna

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the common defects of flexible road pavement is the loss of bonding between two layers of asphalt concrete: the base course and the binder course. The occurrence of this phenomenon has a major impact on the observed state of deflection and deformation of the pavement. This effect affects the results of non-destructive tests which are used to calculate material parameters and then are used in the diagnostics of the pavement condition or design of structural strengthening. This paper discusses the influence of the various level of bonding on the result of backcalculation and the obtained elastic moduli. For the obtained values of moduli, calculations of key deformations and pavement durability were performed. Improper assumptions about the interaction between the layers affects the observed results. Additionally paper discusses the effect of pavement displacement discontinuity on the observed deflection basin and compares the results with those for a model with continuity. Numerical calculations were carried out using Simulia Abaqus software, the computational model was verified using analytical solution.

PL

Jednym z częstych uszkodzeń nawierzchni drogowych podatnych jest utrata sczepności pomiędzy dwoma warstwami betonu asfaltowego: warstwa podbudowy i warstwa wiążącą. Wystąpienie tego zjawiska ma istotny wpływ na obserwowany stan ugięcia i odkształcenia nawierzchni. Wpływ ten jest niezwykle istotny, gdy badania nieniszczące są wykorzystywane do obliczania parametrów materiałowych, które następnie mają być wykorzystane w diagnostyce stanu nawierzchni lub projektowaniu wzmocnień konstrukcji. W artykule omówiono wpływ sczepności międzywarstwowej na wynik obliczeń półodwrotnych i uzyskane moduły sprężystości. Dla uzyskanych wartości modułów przeprowadzono obliczenia kluczowych odkształceń i trwałości nawierzchni. Niewłaściwe założenia dotyczące interakcji pomiędzy warstwami znacząco wpływają na obserwowane wyniki. Dodatkowo w artykule omówiono wpływ nieciągłości przemieszczeń nawierzchni na obserwowane wartości przemieszczeń nawierzchni drogowych i porównano to z wynikami dla modelu ciągłego. Obliczenia numeryczne przeprowadzono przy użyciu programu Simulia Abaqus, a model obliczeniowy zweryfikowano przy pomocy rozwiązania analitycznego.

Słowa kluczowe

EN

road pavement; pavement mechanics; flexible pavement; interlayer bonding; backcalculation; non-destructive testing; numerical modelling

PL

mechanika; nawierzchnia drogowa; nawierzchnia podatna; modelowanie numeryczne; sczepność międzywarstwowa; obliczenia odwrotne; badanie nieniszczące

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 5--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Tutka Paweł

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0879-0310

autor

Nagórski Roman

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1039-1530

autor

Złotowska Magdalena

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1654-1859

Bibliografia

• [1] J. Judycki, et al., Analizy i projektowanie konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łaczności, 2014.
• [2] P. Jaskuła, Sczepność warstw asfaltowych w wielowarstwowych układach nawierzchni drogowych. Gdańsk: Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, 2018.
• [3] D. Sybilski, T. Mechowski, P. Harasim, “Evaluation of effectiveness of use of FWD for assessment of pavement interlayer bond FWD”, Roads and Bridges, 2007, no. 2, 41-83.
• [4] P. Jaskuła, D. Rys, “Effect of interlayer bonding quality of asphalt layers on pavement performance”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, vol. 236, no. 1, art. ID 012005, DOI: 10.1088/1757-899X/236/1/012005.
• [5] E.S. Hariyadi, R. Utami, “Predicting bonding condition between asphalt pavement layers from measured and computed deflection using layer moduli backcalculation”, Journal of the Eastern Asia Society for Transportation Studies, 2015, vol. 11, pp. 1700-1709, DOI: 10.11175/easts.11.1700.
• [6] B. Al Hakim, L.W. Cheung, R.J. Armitage, “Use of FWD data for prediction of bonding between pavement layers”, International Journal of Pavement Engineering, 1999, vol. 1, no. 1, pp. 49-59, DOI: 10.1080/10298439908901696.
• [7] M. Mousa, M.A. Elseifi, O. Elbagalati, L.N. Mohammad, “Evaluation of interface bonding conditions based on non-destructing testing deflection measurements”, Road Materials and Pavement Design, 2019, vol. 20, no. 3, pp. 554-571, DOI: 10.1080/14680629.2017.1400995.
• [8] L. You, K. Yan, N. Liu, “Assessing artificial neural network performance for predicting interlayer conditions and layer modulus of multi-layered flexible pavement”, Frontiers of Structural and Civil Engineering, 2020, vol. 14, no. 2, pp. 487-500, DOI: 10.1007/s11709-020-0609-4.
• [9] S. Firlej, Determination of parameters of road pavement model from dynamic FWD tests. Lublin University of Technology, 2015.
• [10] ABAQUS Analysis User’s Manual. Ver. 6.8. 2008.
• [11] P. Tutka, R. Nagórski, “Dynamic analysis of susceptible road surface under impulsive load”, Autobusy: technika, eksploatacja, systemy transportowe, 2017, vol. 18, no. 12, pp. 1367-1370.
• [12] K. Smith, J. Bruinsma, M. Wade, K. Chatti, J. Vandenbossche, H. Yu, Using Falling Weight Deflectometer Data with Mechanistic-Empirical Design and Analysis. Vol. 1. Federal Highway Administration Final Report, 2017.
• [13] P.C. Hopman, “The Visco-Elastic Multilayer Program VEROAD”, Heron, 1996, vol. 41, no. 1, pp. 71-91.
• [14] P. Tutka, R. Nagórski, M. Złotowska, M. Rudnicki, “Sensitivity Analysis of Determining the Material Parameters of an Asphalt Pavement to Measurement Errors in Backcalculations”, Materials, 2021, vol. 14, no. 4, DOI: 10.3390/ma14040873.
• [15] R. Nagórski, K. Błażejewski, M. Nagórska, Studium właściwości mechanicznych struktury podatnej z uwzględnieniem trwałości: zagadnienia wybrane. Warsaw: Committee on Civil Engineering of the Polish Academy of Sciences, 2014.
• [16] R. Nagórski, P. Tutka, M. Złotowska, “Defining the domain and boundary conditions for finite element model of flexible road pavement”, Roads and Bridges, 2017, vol. 16, no. 4, pp. 265-277, DOI: 10.7409/rabdim.017.017.
• [17] S. Erlingsson, A. Ahmed, “Fast layered elastic response program for the analysis of flexible pavement structures”, Road Materials and Pavement Design, 2013, vol. 14, no. 1, pp. 196-210, DOI: 10.1080/14680629.2012.757558.
• [18] J. Maina, K. Matsui, “Elastic multi-layered analysis using DE-integration”, Publications of the Research Institute for Mathematical Sciences, 2005, vol. 41, no. 4, pp. 853-867.
• [19] A. Szydło, K. Malicki, “Analysis of the correlation between the static and fatigue test results of the interlayer bondings of asphalt layers”, Archives of Civil Engineering, 2016, vol. 62, no. 1, pp. 83-98, DOI: 10.1515/ace-2015-0053.
• [20] Research and Development of the Asphalt Institute’s Thickness Design Manual (MS-1). 9th Ed. Research Report No. 82-2, RR–82-2. The Asphalt Institute, 1982.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).