Mechanistic-empirical asphalt pavement design considering the effect of seasonal temperature variations

• Autorzy: Haponiuk B. , Zbiciak A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/ace-2015-0096

Warianty tytułu

PL

Mechanistyczno-empiryczne projektowanie asfaltowych nawierzchni drogowych z uwzględnieniem sezonowych zmian temperatury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper analyses the influence of seasonal temperature variations on fatigue strength of flexible and semi-rigid pavement structures chosen for KR4 traffic flow category. The durability of pavement determined assuming a yearly equivalent temperature of 10˚C and assuming season-dependent equivalent temperatures was compared. Durability of pavement was determined with the use of Asphalt Institute Method and French Method. Finite Element Method was applied in order to obtain the strain and stress states by the means of ANSYS Mechanical software. Obtained results indicate a considerable drop in pavement durability if seasonal temperature variations are considered (up to 64% for flexible pavements and up to 80% for semi-rigid pavements). Durability obtained by the French Method presents lower dependence on the analysed aspect.

PL

Celem pracy jest analiza wpływu sezonowych zmian temperatury na trwałość podatnych i półsztywnych nawierzchni drogowych. W artykule porównano trwałość nawierzchni wyznaczoną przy założeniu całorocznej temperatury ekwiwalentnej 10˚C oraz przy założeniu różnych temperatur ekwiwalentnych odniesionych do trzech pór roku: wiosny/jesieni, lata oraz zimy. Do analizy wybrano siedem typów nawierzchni odpowiednich do obciążenia ruchem kategorii KR4 według dwóch edycji „Katalogu typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych” (z 1997 roku i z 2014 roku). Wszystkie nawierzchnie zostały zamodelowane jako konstrukcje składające się z warstw o określonych parametrach. Każdą z warstw zdefiniowano poprzez jej grubość, moduł Younga oraz liczbę Poissona v. Przygotowano trzy modele w odniesieniu do każdego z typów nawierzchni (jeden dla każdej pory roku), by uwzględnić zależność parametrów E oraz v od temperatury. Stan naprężeń i odkształceń poszczególnych nawierzchni uzyskano w programie ANSYS Mechanical poprzez analizę wykorzystującą metodę elementów skończonych (MES).

Słowa kluczowe

EN

asphalt pavement; fatigue durability; finite element method; mechanistic-empirical design; temperature variation

PL

nawierzchnia asfaltowa; trwałość zmęczeniowa; metoda elementów skończonych; projektowanie mechanistyczno-empiryczne; zmienność temperatury

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 62, nr 4/I
• Strony: 35--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Haponiuk B.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering

autor

Zbiciak A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Institute of Roads and Bridges

Bibliografia

• 1. A. Das, “Analysis of pavement structures”, CRC Press, Boca Raton, 2015.
• 2. J. Górszczyk, W. Grzybowska, “The use of FEM for thermal analyses of the asphalt pavement”, Roads and Bridges - Drogi i Mosty 10(4): 5-30, 2011.
• 3. M. Graczyk, “Nośność konstrukcji nawierzchni wielowarstwowych w krajowych warunkach klimatycznych”, Seria Studia i Materiały, zeszyt 63, Wydawnictwo IBDiM, Warszawa, 2010.
• 4. M. Graczyk, J. Rafa, L. Rafalski, A. Zofka, “New analytical solution of flow and heat refraction problem in multilayer pavement”, Roads and Bridges - Drogi i Mosty 13(1): 33-48, 2014.
• 5. J. Judycki [ed.], „Analizy i projektowanie konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych”, WKŁ, Warszawa, 2014.
• 6. J. Judycki, M. Jaczewski, „Adaptacja francuskich kryteriów zmęczeniowych do projektowania nawierzchni podatnych w warunkach polskich”, Drogownictwo 5: 164-170, 2012.
• 7. Y.R. Kim, “Modeling of Asphalt Concrete”, McGraw-Hill, New York, 2009.
• 8. Y. Murakami, K. Matsuda, “Cause of unsuccessful results of Miner’s rule in: Small Fatigue Cracks: Mechanics, Mechanisms and Applications”, pp 119-130, Elsevier, Oxford, 1999.
• 9. A.T. Papagiannakis, E.A. Masad, ”Pavement Design and Materials”, Wiley, 2008.
• 10. M. Spławińska, P. Zieliński, P. Burnos, “Influence of traffic flow variability of heavy vehicles and temperature on pavement fatigue life”, Roads and Bridges - Drogi i Mosty 14(2): 117-132, 2015.
• 11. A. Zbiciak, “Application of elasto-visco-plastic constitutive model for asphalt pavement creep simulation”, Archives of Civil Engineering 54 (3): 635-647, 2008.
• 12. A. Zbiciak, “Constitutive modelling and numerical simulation of dynamic behaviour of asphalt-concrete pavement”, Engineering Transactions 56 (4), 311-324, 2008.
• 13. A. Zbiciak, K. Brzeziński, „Porównanie procedur projektowania nawierzchni podatnych i półsztywnych na podstawie starego i nowego polskiego katalogu typowych konstrukcji”, Monografia Wydziału Inżynierii Lądowej, tom III, “Konstrukcje inżynierskie”, s. 103-114, OWPW, Warszawa, 2013.
• 14. A. Zbiciak, K. Brzeziński, „Analiza porównawcza projektów konstrukcji nawierzchni asfaltowej według wymagań starego i nowego polskiego katalogu”, Logistyka 6: 11718-11724, 2014.
• 15. A. Zbiciak, K. Brzeziński, R. Michalczyk, “Constitutive models of pavement asphaltic layers based on mixture compositions”, Journal of Civil Engineering and Management, doi: 10.3846/13923730.2015.1128483.
• 16. A. Zbiciak, K. Józefiak, “Numerical analysis of an influence of the interlayers‘ contact on the fatigue strength of flexible pavements”, Logistyka 3: 2549-2553, 2012.
• 17. A. Zbiciak, R. Michalczyk, “Characterization of the complex moduli for asphalt-aggregate mixtures at various temperatures”, Procedia Engineering 91: 118-123, 2014.
• 18. A. Zbiciak, R. Michalczyk, K. Brzeziński, “Evaluation of fatigue strength of pavement structure considering the effects of load velocity and temperature variations”, Procedia Engineering 153: 895-902, 2016.
• 19. Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, IBDiM, GDDP, Warszawa, 1997.
• 20. Katalog typowych konstrukcji nawierzchni podatnych i półsztywnych, Politechnika Gdańska, GDDKiA, Gdańsk, 2014.
• 21. Mieszanki związanie spoiwem hydraulicznym do dróg krajowych, WT-5 2010, Wymagania Techniczne, Warszawa, 2010.
• 22. Rozporządzenie MTiGM z dnia 2 marca 1999 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogi publiczne i ich usytuowanie (Dz. U. nr 43/1999, poz. 430).