Comparative analysis of strains and durability of asphalt pavement of perpetual and standard type

• Autorzy: Nagórski R. , Błażejowski K. , Marczuk K.

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza odkształceń oraz trwałości nawierzchni asfaltowej typu "perpetual" nawierzchni standardowej

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

This paper analyses the key strains and fatigue performance of the following types of road pavements using fatigue cracking and subgrade rutting as the evaluation criteria: conventional asphalt pavement and pavement structure with fatigue-resistant layer (as in perpetual pavement concept). Calculations were performed for two wheel speeds: 60 km/h and 5 km/h. The study included a comparison of results obtained for pavements differing in terms of material specifications and structure: reference model built of only elastic layers and two models built of viscoelastic asphalt layers and layers of aggregate cement-treated base (CTB) on soil subgrade. The determinations included strains, deformation and displacements (for which VEROAD software program was used) also the above-mentioned failure criteria determined using the Asphalt Institute equations. For predicting the fatigue life of pavement the lower asphalt layer was assumed to have the modulus value equal to the initial modulus calculated with Van der Poel equation and dynamic moduli calculated as sensitive or insensitive to the wheel speed respectively. The effect of the respective factors on the life of pavement in million standard axles (msa) was assessed, demonstrating that the calculations assuming elastic behaviour of all the pavement layers lead to overestimating the pavement life. Finally, it was found that the wheel speed had a significant effect on the strain and on the fatigue life of pavement.

PL

W pracy dokonano analizy kluczowych odkształceń oraz trwałości obliczeniowej według kryteriów spękania zmęczeniowego i deformacji podłoża w układzie warstwowym nawierzchni drogowej skonstruowanej według wariantów: standardowej nawierzchni asfaltowej oraz stan-dardowej nawierzchni z warstwą przeciwzmęczeniową (jak w koncepcji nawierzchni perpetual). Przyjęto obciążenie ruchome o dwóch prędkościach, tj. 60 km/h i 5 km/h. Porównywano wyniki dla każdego typu nawierzchni przy różnych założeniach materiałowych i konstrukcyjnych: model odniesienia ze wszystkimi warstwami sprężystymi i dwa modele składające się z lepkosprężystych warstw asfaltowych oraz ze sprężystych warstw z kruszywa, ulepszonego podłoża stabilizowanego cementem i podłoża gruntowego. Oprócz wyznaczenia naprężeń, odkształceń i przemieszczeń obliczono, korzystając z wzorów Instytutu Asfaltowego, wymienione na wstępie miary trwałości nawierzchni. W formule na odporność na spękania zmęczeniowe jako moduł sztywności dolnej warstwy asfaltowej podstawiono moduł początkowy Van der Poela oraz moduł dynamiczny obliczony jako niezależny lub zależny od prędkości obciążenia. Dokonano oceny wpływu poszczególnych czynników na trwałość nawierzchni wyrażoną w milionach osi obliczeniowych, wykazując, że model całkowicie sprężystych warstw zawyża obliczoną trwałość. Wykazano także istotny wpływ prędkości pojazdów na odkształcenia oraz na trwałość zmęczeniową.

Słowa kluczowe

EN

comparative analysis of strain and life of pavement; perpetual and conventional pavement design; viscoelastic and elastic models

PL

analiza porównawcza odkształceń i trwałości; modele lepkosprężyste i sprężyste; nawierzchnia asfaltowa typu perpetual; nawierzchnia asfaltowa standardowa

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 11, no. 4
• Strony: 311--327
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz. rys.

Twórcy

autor

Nagórski R.

autor

Błażejowski K.

autor

Marczuk K.

• Wydział Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej,

Bibliografia

• [1] Nunn M.E.: Design of Long-Life Roads for Heav7 Traf-fic. Australian Asphalt Pavement Association Indusny Conference, Surfers Paradise, Australia, 1998, 18
• [2] Nunn M.E., Brown A.,Weston D., Nicholls J.C.: Design of Long-Life Roads for Heavy Traffic. TRL Report 250, 1997
• [3] Secor K.E., Monismith C.L.: Yisco-Elastic Propertiesd Asphalt Concrete. Proceedings. Highway Research Board, 41, 1962,299-320
• [4] Goodrich J.L.: Asphaltic Binder Rheology. Asphalt Concrete Rheology and Asphalt Concrete Mix Properties. Journal of the Association of Asphalt Paving Technolo-gists,60, 1991,80-120
• [5] LeeH.J.,Kitn Y.R.: Yisco-Elastic Constitutive Model for Asphalt Concrete under Cyclic Loading. Journal of Engineering Mechanics, 124, l, 1998, 32 - 40
• [6] Kim Y.R.: Modeling of Asphalt Concrete, ASCE Press -McGrow-Hill, New York, 2009
• [7] Sybilski D., Mularzuk R., Bańkowski W.: Comparison Between Typical Pavement Structure in Accordance with Polish Design Guide and Innovation Pavemcnt Structure with Use of Yeroad Software. II International Congress of Societa Italiana Infrastructre Yiarie, Firenze, 2004 http:// sed.siiv.it/documenti/63_2848_20080819151747.pdf
• [8] Hopman P.C.: The Yisco-Elastic Multilayer Program YEROAD. Heron, 41, l, 3996, 71 - 91
• [9] NagórskiR., Błażejowski K., Marczuk K,: Analiza porównawcza deformacji i naprężeń oraz trwałości zmęczeniowej i odporności na deformacje strukturalne w konstrukcji podatnej nawierzchni asfaltowej typu „perpetua pavement" i nawierzchni standardowej. Instytut Dróg i Mostów, Politechnika Warszawska, praca statutowa (raport), Warszawa, 2012
• [10] Piłat J. ,Radziszewski P.: Nawierzchnie asfaltowe. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2007
• [11] Nagórski R., Błażejowski K,, Wiśniakowski P., Nagórska M.: Analiza porównawcza właściwości materiałów Burgersa, Bogusłavskich i Zenera w świetle testów naprężenia i odkształcenia w odniesieniu do właściwości mieszanek mineralno-asfaltowych. DROGI I MOSTY, 10, 1,2012,5-32
• [12] Guide for Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures. Appendix CC-3: Updated Traffic Frequency Calculation for Asphalt Layer. National Cooperative Highway Research Program, Transportation Research Board, National Research Council, Illinois, USA, 2003
• [13] The Asphalt Handbook (MS-4). Asphalt Institute, digital edition, 2007