Roads and Bridges - Drogi i Mosty
19, 1, 2020, 27-49

Zastosowanie nowej metody obliczania naprężeń termicznych opartej na teorii lepko-sprężystości do analizy spękań niskotemperaturowych w warstwach asfaltowych nawierzchni

Józef Judycki Poczta
Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska, Instytut Dróg i Mostów, Katedra Inżynierii Drogowej i Transportowej, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk: artykuł wpłynął do redakcji 2019-08-20
Published: 2020-03-31

Streszczenie

W trakcie budowy nowej nawierzchni autostradowej warstwa podbudowy wykonana z betonu asfaltowego o wysokim module sztywności doznała znacznych spękań w pierwszej zimie po wbudowaniu. Nowa metoda obliczania naprężeń termicznych oparta na teorii lepko-sprężystości została wykorzystana w celu rozpoznania zmienności naprężeń termicznych i mechanizmu powstawania spękań niskotemperaturowych w warstwach asfalto- wych. W artykule przedstawiono konstrukcję nawierzchni i materiały w niej zastosowane, ocenę intensywności spękań, badania terenowe i laboratoryjne, jak również opis nowej metody opartej na teorii lepko-sprężystości. Dokonano obliczeń naprężeń termicznych na powierzchni podbudowy z betonu asfaltowego o wysokim module sztywności oraz na głębokości 5 cm w okresie, w którym wystąpiły spękania poprzeczne. Wyliczone naprężenia niskotemperaturowe zestawiono z wytrzymałością materiału na rozciąganie. Wyznaczono prawdopodobieństwo wystąpienia spękań niskotem- peraturowych. Wyniki potwierdziły, że nowa metoda obliczania naprężeń termicznych stanowi przydatne narzędzie do analizy spękań niskotemperaturowych. Opisano kilka stwierdzonych podczas analizy wątpliwości i nierozstrzygniętych jeszcze kwestii związanych z zagadnieniem spękań niskotemperaturowych.

SÅ‚owa kluczowe


analiza naprężeń w warstwach asfaltowych, beton asfaltowy o wysokim module sztywności, prawdopodobieństwo spękań, spękania niskotemperaturowe warstw, teoria lepko-sprężystości.

Pełny tekst:

PDF PDF

Bibliografia


Judycki J.: A new viscoelastic method of calculation of low-temperature thermal stresses in asphalt layers of pavements. International Journal of Pavement Engineering, 19, 1 2017, 24-36, DOI: 10.1080/10298436.2016.1149840

Judycki J., Jaskuła P., Dołżycki B., Pszczoła M., Jaczewski M., Ryś D., Stienss M.: Investigation of low-temperature cracking in newly constructed high- -modulus asphalt concrete base course of a motorway pavement. Road Materials and Pavement Design, 16, 1, 2015, 362-388, DOI: 10.1080/14680629.2015.1029674

Pszczoła M.: Low-temperature cracking of asphalt layers of pavements. PhD Thesis, Gdańsk University of Technology, Gdańsk, Poland, 2006, 1-38, (in Polish)

Geng L., Ren R., Zhong Y., Xu Q.: Thermal stresses of flexible pavement with consideration of temperature-dependent material characteristics using stiffness matrix method. Mechanics of Time-Dependent Materials, 15, 2011, 73-87, DOI: 10.1007/s11043-010-9125-6

Marasteanu M., Butler W., Bahia H., Wiliams C., et al.: Investigation of Low Temperature Cracking in Asphalt Pavements, National Pooled Fund Study - Phase II. Research Project 2012-23, Department of Civil Engineering, University of Minnesota, 2012, https://www.dot.state.mn.us/research/TS/2012/2012-23.pdf

Pszczoła M, Judycki J.: Comparison of Calculated and Measured Thermal Stresses in Asphalt Concrete. The Baltic Journal of Roads and Bridge Engineering, 10, 1, 2015, 39-45, DOI: 10.3846/bjrbe.2015.05

Tabatabaee H., Velasquez R., Arshadi A., Bahia H.: Investigation of Low Temperature Cracking in Asphalt Pavements, National Pooled Fund Study - Phase II, Task 5 - Modeling of Asphalt Mixtures Contraction and Expansion Due to Thermal Cycling. University of Wisconsin-Madison, USA, 2012

Togunde O.P., Hesp S.A.M.: Physical hardening in asphalt mixtures. International Journal of Pavement Research Technology, 5, 1, 2012, 46-53

Dave E.V., Buttler W.G., Leon S.E., Behnia B., Paulino G.H.: IllTC - Low - Temperature Cracking Model for Asphalt Pavements. Road Materials and Pavement Design, 14, Sup. 2, 2013, 57-78, DOI: 10.1080/14680629.2013.812838

Hajji E.Y., Souliman M.I., Alavi M.Z., Salazar L.G.L.: Influence of Hydrogreen Bio-asphalt on Viscoelastic Properties of Reclaimed Asphalt Mixtures. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2371, 1, 2013, 13-22, DOI: 10.3141/2371-02

Ferrar M.J., Hajj E.Y., Planche J.P., Alavi M.Z.: A method to Estimate the Thermal Stress Build-up in an Asphalt Mixture from a Single-Cooling Event. Road Materials and Pavement Design, 14, Sup. 1, 2013, 201-211, DOI: 10.1080/14680629.2013.774756

Jaczewski M.: Effect of Use of High Modulus Asphalt Concrete on Low-temperature Cracking of Pavements. PhD Thesis, Gdańsk University of Technology, Gdańsk, 2016 (In Polish)

Zhang W.: Evaluation of field transverse cracking of asphalt pavements. PhD Thesis, Washington State University, Department of Civil and Environmental Engineering, 2015

Teltayev B., Radovskiy B.: Low Temperature Cracking Problem for Asphalt Pavements in Kazakhstan. The 8RILEM Conference on Mechanisms of Cracking and De-bonding in Pavements, RILEM Bookseries, 13, 2016, 139-144, DOI: 10.1007/978/94/024/0867-6-10

WT-2, Technical Guidelines, Asphalt Pavements on State Roads, Asphalt Mixes. General Directorate for National Roads and Motorways, 2010. Warsaw, Poland (in Polish), https://www.gddkia.gov.pl/userfiles/articles/d/Dokumenty_techniczne/WT2.pdf

Judycki J.: Bending Test of Asphaltic Mixtures Under Statical Loading. Proceedings of the Fourth International Symposium RILEM, Mechanical Tests for Bituminous Mixes, Budapest, 1990, 207-233

Judycki J.: Verification of the new viscoelastic method of thermal stress calculation in asphalt layers of pavements. International Journal of Pavement Engineering, 19, 8, 2018, 725-737, DOI: 10.1080/10298436.2016.1199883

NMEPDG, Guide for Mechanistic-Empirical Design of New and Rehabilitated Pavement Structures. Final Report, Part 2, Design Inputs, National Cooperative Highway Research Program, 2004

Sugawara.T., Moriyoshi A.: Thermal fracture of bituminous mixtures, Proc. Paving in Cold Areas Mini-Workshop, 1984, 291-320

Gerritsen A.H., Jongeneel D.J.: Fatigue Properties of Asphalt Mixes Under Conditions of Very Low Loading Frequency. Journal of the Association of Asphalt Paving Technologists, 57, 1988, 94-115

Vinson T.S., Janoo V.C., Haas R.C.G.: Low Temperature and Thermal Fatigue Cracking. Strategic Highway Research Program Summary Report No. SR-OSU-A-003A-89-1, 1989

Jackson N.M.: Analysis of Thermal Fatigue Distress of Asphalt Concrete Pavements. PhD Thesis, Oregon State University, USA, 1992, 25-67

Janoo V., Bayer J., Walsh M.: Thermal Stress Measurements in Asphalt Concrete. CRREL Report 93-10, US Army Corps of Engineers, 1993, 13-37

Jackson N.M., Vinson T.S.: Analysis of Thermal Fatigue Distress of Asphalt Concrete Pavements. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 1545, 1996, 43-48

Perez-Jimenez F., Valdes G., Miro R., Botella R., Campana J.M.: Effect of Thermal Stresses on Fatigue Behaviour of Bituminous Mixes. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, 2210, 2011, 90-96

Steiner D., Hofko B., Dimitrov M., Blab R.: Impact of Loading Rate and Temperature on Tensile Strength of Asphalt Mixtures at Low Temperatures. The 8RILEM Conference on Mechanisms of Cracking and De-bonding in Pavements, RILEM Bookseries, 13, 2016, 69-74, DOI: 10.1007/978/94/024/0867-6-10

Hesp S.A.M., Soleimani A., Subramani S., Philips T., Smith D., Marks P., Tam K.K.: Asphalt pavement cracking: Analysis of extraordinary life cycle variability in Eastern and Northeastern Ontario. International Journal of Pavement Engineering, 10, 3, 2009, 209-227

Judycki J.: Influence of Low-Temperature Physical Hardening on Stiffness and Tensile Strength of Asphalt Concrete and Stone Mastic Asphalt. Construction and Building Materials, 61, 2014, 191-199, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2014.03.011


Zastosowanie nowej metody obliczania naprężeń termicznych opartej na teorii lepko-sprężystości do analizy spękań niskotemperaturowych w warstwach asfaltowych nawierzchni

  
Judycki, Józef. Zastosowanie nowej metody obliczania naprężeń termicznych opartej na teorii lepko-sprężystości do analizy spękań niskotemperaturowych w warstwach asfaltowych nawierzchni. Roads and Bridges - Drogi i Mosty, [S.l.], v. 19, n. 1, p. 27-49, mar. 2020. ISSN 2449-769X. Available at: <>. Date accessed: 19 maj. 2024 doi:http://dx.doi.org/10.7409/rabdim.020.002.


Bookmark and Share