تحليل شبه- استاتيك روسازي‌هاي انعطاف‌پذير بر اساس منحني‌هاي مرجع مدول برجهندگي بتن آسفالتي

QuasiStatic Analysis of Flexible Pavements based on Resilient Modulus Master Curves of HMA

به‌منظور لحاظ نمودن تأثير زمان بارگذاري بر روي سختي مخلوط ‌هاي آسفالتي، در روش‌هاي اخير طراحي مكانيستيك تجربي روسازي، ازجمله برنامه ارائه‌شده در راهنماي طراحي مكانيستيك تجربي روسازي (MEPDG)، از تحليل شبه استاتيك با فرض رفتار الاستيك به‌جاي تحليل ديناميك با فرض رفتار ويسكوالاستيك مصالح آسفالتي استفاده مي‌شود. تحليل شبه استاتيك معمولاً با توجه به منحني مرجع مدول ديناميكي انجام مي‌شود. بااين‌وجود تحقيقات گذشته نشان مي‌دهند كه مقدار مدول ديناميكي در مقايسه با مدول برجهندگي به علت در نظر گرفتن زمان استراحت در تعيين مدول برجهندگي، همواره مقدار بزرگ‌تري است. به همين دليل استفاده از مدول ديناميك در تحليل و طراحي شبه استاتيك روسازي سبب كاهش قابليت اطمينان مي‌شود. در اين مقاله روشي جهت تحليل شبه استاتيك روسازي با تكيه بر منحني مرجع مدول برجهندگي براي سه شكل بارگذاري مربعي، نيم‌سينوسي و مثلثي پيشنهادشده است. در اين روش منحني مرجع مدول برجهندگي براي شكل‌هاي مختلف بارگذاري با استفاده از نتايج آزمايش مدول مختلط و بهره‌گيري از نظريه ويسكوالاستيك خطي به دست مي‌آيد. مقايسه عمر خستگي و شيار شدگي روسازي‌هاي آسفالتي حاصل از تحليل شبه استاتيك نشان مي‌دهد كه در صورت استفاده از منحني مرجع مدول ديناميك به‌جاي منحني مرجع مدول برجهندگي عمر روسازي بسيار بيشتر از مقدار واقعي آن تخمين زده مي‌شود. همچنين مطالعات انجام‌شده نشان مي‌دهند كه براي تحليل دقيق‌تر روسازي و در نظر گرفتن شكل پالس بارگذاري و زمان استراحت بر روي سختي لايه‌هاي آسفالتي، مي‌توان از مقادير مدول ديناميك استفاده نمود با اين فرض كه براي تعيين فركانس بارگذاري از رابطه (f=1/2πt) به‌جاي رابطه (f=1/t) استفاده شود.

In order to consider the effect of loading time and temperature on the stiffness modulus of asphalt mixtures in current mechanisticempirical pavement design methods, such as MechanisticEmpirical Pavement Design Guide (MEPDG), the quasistatic analysis assuming elastic behavior of asphalt mixtures is employed instead of dynamic analysis assuming viscoelastic behavior of asphalt mixtures. In current procedures, quasistatic analysis of pavement is commonly accomplished by dynamic modulus. Nevertheless, previous studies have shown that the dynamic modulus is greater than the resilient modulus due to consideration of rest period for determination of resilient modulus of asphalt mixtures. Due to this reason, utilizing dynamic modulus for quasistatic analysis of pavements results in decreasing reliability of pavement design. This paper aims to propose a new method for quasistatic analysis of flexible pavements on the basis of resilient modulus master curves of asphalt mix under three loading waveforms of square, triangular and haversine. In the proposed method, the resilient modulus master curves under different loading waveforms are developed based on measured complex moduli and by employing linear viscoelastic theory. Comparison of fatigue life and rutting life resulting from the quasistatic analysis of pavement based on the dynamic modulus and resilient modulus shows that the pavement life is overestimated when the dynamic modulus master curve is used instead of resilient modulus master curves. Also, this paper shows that for more accurate quasistatic analysis of flexible pavements and to consider loading waveform as well as the rest period on the stiffness of asphalt materials, the dynamic modulus values should be used with the assumption of f = 1/2πt instead of f = 1/t.