Practical evaluation of the influence of the position of dowels in expansion joints on the risk of failure of Portland cement concrete pavements

• Autorzy: Łazarowicz Maksymilian , Jaskuła Piotr

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.025.003

Warianty tytułu

PL

Praktyczna ocena wpływu położenia dybli w szczelinach dylatacyjnych na ryzyko powstania zniszczeń nawierzchni z betonu cementowego

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Cement concrete pavements are mainly implemented in Poland using unreinforced, dowelled and tieded pavement technology. The task of dowels in transverse expansion joints is to ensure proper transfer of loads between slabs and to allow free operation of slabs caused, among other things, by changes in thermal load. Recently, a significant problem has been observed in evaluating and resolving the issue of improperly placed dowels in expansion joints. So far, the assessment has consisted of categorising their location into three groups and taking relevant action based on contractual provisions (leading to financial deductions) rather than verified engineering knowledge. The consequence of these actions is that the development of this technology in the express road network has been significantly halted. Contractors, given the choice between asphalt or cement concrete technology, choose the former – among others for the abovementioned reasons. This paper presents a proposal for assessing the position of dowels in expansion joints based on the use of a superposition of four types of deviations from the ideal dowel position (defined in the equivalent diameter algorithm deq) in conjunction with the usual condition of permissible compressive stresses under the dowel, which is used for dowel dimensioning. The proposal presented here was used to evaluate the position of dowels in about a hundred expansion joints in five expressway pavements. Promising results have been achieved to estimate the risk of failure of concrete slabs over their service life.

PL

Nawierzchnie z betonu cementowego realizowane są w Polsce głównie w technologii nawierzchni niezbrojonej, dyblowanej i kotwionej. Zadaniem dybli w poprzecznych szczelinach dylatacyjnych jest zapewnienie prawidłowego przenoszenia obciążeń między płytami oraz umożliwienie swobodnej pracy płyt wywołanej m.in. zmianami obciążenia termicznego. W ostatnim czasie zaobserwowano istotny problem związany z oceną i rozwiązaniem zagadnienia nieprawidłowego położenia dybli w szczelinach dylatacyjnych. Dotychczas ocena polegała na zakwalifikowaniu ich położenia do trzech grup i podjęciu na tej podstawie czynności w oparciu o zapisy kontraktowe (prowadzące do potrąceń finansowych), nie zaś o zweryfikowaną wiedzę inżynierską. Konsekwencją tych działań jest znaczne wstrzymanie rozwoju tej technologii w sieci dróg szybkiego ruchu. Firmy wykonawcze, mając możliwość wyboru technologii asfaltowej lub betonu cementowego, wybierają tę pierwszą – m.in. z uwagi na powyższe. W artykule przedstawiono propozycję oceny położenia dybli w szczelinach dylatacyjnych, bazującą na wykorzystaniu superpozycji czterech rodzajów odchyleń od idealnego położenia dybla (określonych w algorytmie średnicy ekwiwalentnej deq) w powiązaniu ze zwyczajowo stosowanym do wymiarowania dybli warunkiem dopuszczalnych naprężeń ściskających pod dyblem. Przedstawioną propozycję wykorzystano do oceny położenia dybli w około stu szczelinach dylatacyjnych w pięciu nawierzchniach dróg ekspresowych. Osiągnięto obiecujące wyniki, pozwalające na szacowanie ryzyka awarii płyt betonowych w okresie eksploatacji.

Słowa kluczowe

EN

dowels; equivalent diameters; Portland cement concrete pavement; stresses in concrete slab

PL

dyble; naprężenia w płycie betonowej; nawierzchnia z betonu cementowego; średnica ekwiwalentna

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 24, no. 1
• Strony: 47--67
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Łazarowicz Maksymilian

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, 11/12 Gabriela Narutowicza St., 80-233 Gdańsk, Poland
• PORR S.A., 237 Wólczyńska St., 01-919 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0009-0003-1409-1337

autor

Jaskuła Piotr

• Gdańsk University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, 11/12 Gabriela Narutowicza St., 80-233 Gdańsk, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1563-2778

Bibliografia

• 1. Szydło A.: Nawierzchnie drogowe z betonu cementowego: teoria, wymiarowanie, realizacja. Polski Cement, Kraków, 2004
• 2. Griffiths G., Thom N.: Concrete Pavement Design Guidance Notes. Taylor & Francis, Londyn, 2007
• 3. Huang Y.H.: Pavement analysis and design. Pearson, Upper Saddle River, 2004
• 4. Delatte N.J.: Concrete pavement design, construction, and performance. CRC Press, Boca Raton, 2014 DOI: https://doi.org/10.1201/b17043
• 5. Glinicki M.A.: Inżynieria betonowych nawierzchni drogowych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2019
• 6. Federal Aviation Administration: Airport Pavement Design and Evaluation, 2021, www.faa.gov/airports/resources/advisory _circulars/index.cfm/go/document.current/documentnumber/ 150_5320-6, available: 08.10.2024
• 7. Khazanovich L.: Dowel and Tie Bars in Concrete Pavement Joints: Theory and Practice, 2011, www.academia.edu/ 32476025/Dowel_and_Tie_Bars_in_Concrete_Pavement_Joints_Theory_and_Practice_2nd_International_Conference_on _Best_Practices_for_Concrete_Pavements, available: 01.06.2024
• 8. Maitra S.R., Reddy K.S., Ramachandra L.S.: Load transfer characteristics of dowel bar system in jointed concrete pavement. Journal of Transportation Engineering, 135, 11, 2009, 813-821, DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000065 DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000065
• 9. Singh A., Chandrappa A.K.: Effect of Uniform Vertical and Longitudinal Dowel Misalignment in Jointed Plain Concrete Pavement. International Journal of Pavement Research and Technology, 16, 2023, 1047-1058, DOI: 10.1007/s42947-022-00178-7
• 10. Khazanovich L., Hoegh K.: Guidelines for Dowel Alignment in Concrete Pavements, Appendix A: Review of literature and other relevant information. Transportation Research Board, Minneapolis, 2009, onlinepubs.trb.org/onlinepubs/nchrp/nchrp_rpt_637appendixa.pdf, available: 01.06.2024
• 11. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad: Instrukcja DP-T 14 Ocena jakości na drogach krajowych, Część I – Roboty drogowe. Warszawa, 2020, https://www.gov.pl/web/gddkia/instrukcje, dostęp: 02.03.2024
• 12. Seo Y., Kim S.M.: Longitudinal cracking at transverse joints caused by dowel bars in Jointed Concrete Pavements. KSCE Journal of Civil Engineering, 17, 2, 2013, 395-402, DOI: 10.1007/s12205-013-2047-5
• 13. Grosek J., Zuzulova A., Brezina I.: Effectiveness of dowels in concrete pavement. Materials, 12, 10, 2019, 1669, DOI: 10.3390/MA12101669
• 14. Graczyk M., Gajewski M., Szczerba R.: Analiza statyczna dyblowanej betonowej nawierzchni lotniskowej z uwzględnieniem zjawiska curlingu płyt. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 15, 2, 2016, 137–155. DOI: 10.7409/rabdim.016.009
• 15. Khazanovic L., Hoegh K., Snyder M.B.: NCHRP Report 637: Guidelines for Dowel Alignment in Concrete Pavements. The National Academies Press, Washington, 2009, DOI: 10.17226/14249
• 16. Yaqoob S., Silfwerbrand J., Balieu R.G.R.: A Parametric Study Investigating the Dowel Bar Load Transfer Efficiency in Jointed Plain Concrete Pavement Using a Finite Element Model. Buildings, 14, 4, 2024, 1039, DOI: 10.3390/buildings14041039
• 17. Hu C., Ma J., Yu Y., Luo Y.: Optimal design on dowel length for cement concrete pavement. International Journal of Pavement Research and Technology, 9, 6, 2016, 414-423, DOI: 10.1016/j.ijprt.2016.10.003
• 18. Saxena P., Gotlif A., Khazanovich L.: Guidelines for Dowel Alignment in Concrete Pavements, Appendix D – Finite element analysis, Transportation Research Board, Minneapolis 2009, onlinepubs.trb.org/onlinepubs/nchrp/nchrp_rpt _637appendixd.pdf, available: 12.02.2024
• 19. Al-Humeidawi B.H., Mandal P.: Evaluation of performance and design of GFRP dowels in jointed plain concrete pavement – part 1: Experimental investigation. International Journal of Pavement Engineering, 15, 5, 2014, 449-459, DOI: 10.1080/10298436.2013.824081
• 20. Daćko M., Brodzik R.: Selection of parameters of dowelling connections in concrete airport pavement. Archives of Civil Engineering, 58, 1, 2012, 115-130, DOI: 10.2478/v.10169-012-0007-y
• 21. Bukowski L.: Podsumowanie i rekomendacje prac grupy roboczej powołanej do wypracowania dalszego postępowania w sprawie nieprawidłowo wbudowanych dybli, 2022
• 22. American Concrete Pavement Association: Dowel Bar Alignment and Location, 2018, www.acpa.org/wp-content/uploads/2020/07/18-11-15-ACPA-Dowel-Alignment-Guide-Spec.pdf, available: 06.02.2024
• 23. Łazarowicz M.: Opłacalność wykonywania nawierzchni betonowych w świetle kar za nieprawidłowe położenie dybli i kotew. Magazyn Autostrady, 6, 2021, 46-49
• 24. Snyder M.B.: Guide to Dowel Load Transfer Systems for Jointed Concrete Roadway Pavements, National Concrete Pavement Technology Center, Ames, 2011, cdn-wordpress.webspec.cloud/intrans.iastate.edu/uploads/2018/08/Dowel-load -guide.pdf, available: 04.04.2024
• 25. Voigt G.F., Ferrebee E.: Best Practices for Jointed Concrete Pavements: Dowel Basket Anchoring Methods. Federal Highway Administration, Washington, 2016, www.fhwa.dot.gov/pavement/concrete/pubs/hif16021.pdf, available: 03.03.2024
• 26. Łazarowicz M., Krzemiński J., Jaskuła P.: Ocena wpływu wybranych parametrów materiałowych i technologicznych dybli na zachowanie nawierzchni z betonu cementowego. Inżynieria i Budownictwo, 79, 11-12, 2023, 594-598, DOI: 10.5604/01.3001.0054.1357
• 27. Szydło A., Mackiewicz P., Wardęga R., Krawczyk B.: Aktualizacja katalogu typowych konstrukcji nawierzchni sztywnych – Etap II. Raport serii SPR 24/2012. Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2012, www.archiwum.gddkia.gov.pl/ userfiles/articles/p/prace-naukowo-badawcze-w-trakcie _3434/KTKNS_Etap%20II_15-low%20v09.04.2013.pdf, dostęp 11.11.2023
• 28. Tabatabaie-Raissi A.M.: Structural Analysis of Concrete Pavement Joints, Ph.D. Thesis, University of Illinois, Urbana, 1978
• 29. Mackiewicz P., Szydło A.: The analysis of stress concentration around dowel bars in concrete pavement. Magazine of Concrete Research, 72, 2, 2020, 97-107, DOI: 10.1680/jmacr.18.00057
• 30. Mackiewicz P.: Finite-element analysis of stress concentration around dowel bars in jointed plain concrete pavement. Journal of Transportation Engineering, 141, 6, 2015, 1-8, DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000768
• 31. Panchmatia P., Glinicki M.A., Olek J.: Wpływ składu mieszanki na właściwości termiczne betonu oraz parametry funkcjonalne nawierzchni sztywnych. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 13, 3, 2014, 235–260, DOI: 10.7409/rabdim.014.016
• 32. Ryś D., Jaskuła P., Jaczewski M., Pszczoła M.: Wdrożenie i ocena metody M-EPDG do analizy trwałości polskich typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i sztywnych. Roads and Bridges – Drogi i Mosty, 18, 4, 2019, 283–302, DOI: 10.7409/rabdim.019.019
• 33. Szydło A., Mackiewicz P., Wardęga R., Krawczyk B.: Katalog Typowych Konstrukcji Nawierzchni Sztywnych. Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad, Warszawa, 2014
• 34. Barker W.R., Alexander D.R.: Determining the Effective Modulus of Subgrade Reaction for Design of Rigid Airfield Pavements Having Base Layers. U.S. Army Engineer Research and Development Center, U.S. Army Corps of Engineers, Vicksburg, 2012, erdc-library.erdc.dren.mil/server/api/core/bitstreams/81b728f8-89b0-4ef8-e053-411ac80adeb3/content, available: 04.03.2024