The influence of the carbo-glass geogrid-reinforcement on the fatigue life of the asphalt pavement structure

• Autorzy: Górszczyk J. , Gaca S.

Warianty tytułu

PL

Wpływ zbrojenia siatką węglowo-szklaną na trwałość zmęczeniową asfaltowej nawierzchni drogowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper describes the analyses of the fatigue life of the asphalt pavement reinforced with geogrid interlayer under traffic loading. Finite Element ANSYS package with using nCode applications, as well as macros specially designed in APDL programming script and VBA were used to model the considered problem. Our analysis included computation of stress, fatigue life, damage matrix and rainflow matrix. The method applied was the one of fatigue calculation: stress - number of cycles in short S-N. On the basis of the performed high cycle fatigue analysis, the influence of the location of the used geogrid and of its bond with asphalt layers on the fatigue life and the work of the asphalt pavement structure were determined. The study was carried out for three temperature seasons i.e. spring and fall (assumed as one season), winter and summer. The variability of the traffic conditions were taken into account by assuming weekly blocks of traffic loading. The calculations were made using the real values of loading measured in field tests on the German highways by means of HS-WIM weighing system. As a result of the performed tests, it was proved that the use of geogrid-reinforcement may prolong the fatigue life of the asphalt pavement. However, it is required that: the geogrid should be located in the tension zone as low as possible in the structure of the asphalt layers. Moreover, it is necessary to provide high stiffness of the bond between the geogrid and the asphalt layers.

PL

W artykule opisano badania trwałości zmęczeniowej asfaltowej nawierzchni zbrojonej geosyntetyczną warstwą pośrednią poddanej zmiennym obciążeniom od kół poruszających się pojazdów. Badania te zrealizowano wykorzystując numeryczny model nawierzchni opracowany z użyciem metody elementów skończonych w systemie ANSYS z wykorzystaniem aplikacji firmy nCode oraz przygotowanych specjalnie makropoleceń w językach skryptowych APDL (ANSYS Parametric Design Language) i VBA (Visual Basic for Applications). Analizy obejmowały wyznaczenie naprężeń, trwałości zmęczeniowej, macierzy zniszczeń oraz macierzy rainflow. Zastosowano metodę obliczeń zmęczeniowych: naprężenie - liczba cykli (czas życia), w skrócie S-N. Na podstawie przeprowadzonych wysokocyklowych analiz zmęczeniowych określono, jaki wpływ na pracę i trwałość nawierzchni drogowej ma lokalizacja wbudowanego geosyntetyku oraz jego związanie z warstwami asfaltowej nawierzchni. Analizy przeprowadzono dla trzech sezonów temperaturowych, tj. wiosny i jesieni (łącznie - jeden sezon), zimy oraz lata. Zmienność warunków ruchu uwzględniono przyjmując tygodniowe bloki obciążeń. Do obliczeń wykorzystano rzeczywiste wartości obciążeń z pomiarów polowych przeprowadzonych przez Federal Highway Research Institute w Kolonii na niemieckich autostradach z wykorzystaniem systemu ważenia pojazdów w ruchu HS-WIM. Dane te obejmowały naciski poszczególnych osi, strukturę rodzajową i prędkości przejeżdżających pojazdów ciężkich z trzech miesięcy reprezentujących różne pory roku: styczeń, czerwiec i październik. W efekcie przeprowadzonych analiz stwierdzono, ze stosowanie zbrojenia geosyntetycznego może wydłużyć trwałość zmęczeniową nawierzchni asfaltowej. Wymagane jest jednak, aby: geosyntetyk zlokalizowany był w strefie rozciągania, możliwie jak najniżej w układzie warstw asfaltowych. Ponadto konieczne jest zapewnienie wysokiej sztywności połączenia geosyntetyku z warstwami asfaltowymi.

Słowa kluczowe

EN

geogrid; asphalt pavement; fatigue life; geogrid-reinforcement; stress-number of cycles

PL

geosyntetyk; nawierzchnia asfaltowa; trwałość zmęczeniowa; zbrojenie geosyntetyczne; naprężenie-liczba cykli

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 58, nr 1
• Strony: 97--113
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., il.

Twórcy

autor

Górszczyk J.

autor

Gaca S.

• Cracow University of Technology

Bibliografia

• 1. A.H. De Bondt, Anti-reflective Cracking Design of Reinforced Asphaltic Overlays, Ph.D. Thesis. Delf University of Technology, 1999.
• 2. D.T. Chang, N.-H. Ho, H.-Y. Chang, H.-S. Yeh, Laboratory and Case Study for Geogrid Reinforced Flexible Pavement Overlay. Washington, D. C.: National Academy Press (TRB H. 1687), pages 125-130, 1999.
• 3. G.S. Cleveland, R.L. Lytton, J.W. Button, Reinforcing Benefits of Geosynthetic Materials in Asphalt Concrete Overlays using Pseudo Strain Damage Theory. Washington, D. C.: Transport Research Board (TRB) H. 1848, pages 201-212, 2003.
• 4. W. Durth, B. Grätz, Überprüfung praktischer Methoden zur Messung der Tragfähigkeit und Einschätzung der Restnutzungsdauer, insbesondere für Straßen auf dem Gebiet der neuen Bundesländer. In Forschung Straßenbau und Straßenverkehrstechnik, Heft 723. Herausgegeben vom Bundesministerium für Verkehr, Bau- und Wohnungswesen, Bonn-Bad Godesberg, Januar 1995.
• 5. J. Górszczyk, Influence of the geosynthetic reinforcement on fatigue life of the asphalt pavement [In Polish], PhD dissertation Cracow University of Technology, 2010.
• 6. W. Grzybowska, Remarks on efficiency of geotextiles application to asphalt pavements repairs [In Polish], Materiały VIII Miedzynarodowej Konferencji „Trwałe i Bezpieczne Nawierzchnie Drogowe”, Kielce 2004.
• 7. W. Grzybowska, J. Górszczyk, P. Zieliński, A. Tułecki, Modeling of the asphalt pavement structure behavior in different conditions of interlayer bonding, with using of geosynthetics reinforcement [In Polish], Projekt badawczy Nr 4TO7E 01328 finansowany przez Komitet Badan Naukowych w latach 2005-2007.
• 8. W. Grzybowska, J. Wojtowicz, Ł. Fonferko, Application of geosynthetics to overlays in Cracow region of Poland, Proceedings of the Second International RILEM Conference, Reflective Cracking in Pavements, pages 290-299, Liege, 1993.
• 9. W. Grzybowska, P. Zieliński, and J. Górszczyk (współpraca), The Monograph: Influence of material parameters on the durability of mineral-aggregate mixtures in road pavements, for different load conditions [In Polish], Projekt badawczy Nr 8.TO7 E.043.21 finansowany przez Komitet Badań Naukowych w latach 2001-2003.
• 10. K. Mollenhauer, Dimensionierungsrelevante Prognose des Ermüdungsverhaltens von Asphalt mittels einaxialer Zug-Schwellversuche (Dissertation), Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, 2008.
• 11. S. Nesslauer, Untersuchungen zum Verformungs- und Tragverhalten bewehrter Asphaltstraßen. Mitteilungen des Prüfamtes für Bau von Landverkehrswegen der Technischen Universität München, Heft 78, 2003.
• 12. S.W. Perkins, Mechanistic-Empirical Modeling and Design Model Development of Geosynthetic Reinforced Flexible Pavements: Final Report, Report No. FHWA/MT-01/002/99160-1A. Montana Departament of Transportation, 2001.
• 13. K. Rubach, Einfluß der Zusammensetzung von Asphaltbetonen auf deren Ermüdungsbeständigkeit unter Berücksichtigung kryogener Zugspannungen. In Schriftenreihe Strassenwesen, Heft 14. Institut für Straßenwesen, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, 1996.
• 14. J. Scherer, Durable asphalt surfaces with high crack resistance. Materiały II Międzynarodowej Konferencji „Drogi Przyjazne Środowisku – ENVIROAD 2009”, Warszawa, 15-16 październik 2009.
• 15. A. Wolf, R. Fielenbach, Modell zur straßenbautechnischen Analyse der durch den Schwerverkehr induzierten Beanspruchung des BAB-Netzes. Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt), Bergisch Gladbach, April 2010.
• 16. ANSYS Inc. Documentation for ANSYS 10.0. 2005 SAS IP.
• 17. Report No. 18 of RILEM Technical Committee 157 PRC. Edited by A. Vanelstraete and L. Francken, E&FN SPON, 1997.
• 18. Systematische Langzeitbeobachtungen zu 8 Objekten in der Schweiz mit begleitenden Laboruntersuchungen mit Vliesstoffen und Gittergeweben. Geotextileinlagen im Belagsbau (FA 4/90). Bundesamt für Strassenbau (Bern) H. 301, 1993.