Beton yol üstü asfalt kaplamaların sonlu elemanlar yöntemi ile mekanistik analizi

Abstract

Beton üstü asfalt kaplama, gerilmelere bağlı olarak bozulmuş Portland çimentolu beton (PCC) yolların rehabilitasyonu için en yaygın yöntemdir. Bununla birlikte, asfalt kaplamanın performansı, asfalt kaplamanın altındaki derz bölgesinde oluşan aşırı gerilmeler ve şekil değiştirmelerden kaynaklanan yansıma çatlakların oluşması nedeniyle kısmen sınırlandırılmış olunmaktadır. Bu çalışma, trafik yükleri altındaki beton üstü asfalt kaplamaların mekanistik davranışlarını incelemek için mevcut beton üstü asfalt yol kaplaması geliştirilen üç boyutlu sonlu elemanlar (FE) modeli kullanılarak analiz edilmiştir. Analizlerde değişken parametreler olarak, asfalt kalınlığı, asfalt elastisite modülü, asfalt / beton ara yüzü teması, PCC elastisite modülü, derz boyutu ve kayma donatı göz önünde bulunduruldu. Analizlerde asfalt kaplamanın altındaki maksimum çekme gerilme ve şekil değiştirme tepkimeleri incelendi. Çalışmanın sonuçları, çalışılan parametrelerdeki değişimlerin, asfalt kaplamada çekme gerilmeler ve şekil değiştirmelerde önemli değişikliklere yol açtığını göstermiştir. Kaplamanın altındaki yatay doğrultudaki çekme gerilmeler ve şekil değiştirmeler, sırasıyla 22 KPa ve 1683 KPa ve 25.10-6 ve 460.10-6 arasında değiştiği tespit edilmiştir. Asfalt kaplamada çekme gerilme ve şekil değiştirme en fazla etkileyen parametrelerin sırasıyla asfalt kalınlığı, asfalt / beton ara yüz temas durumu, kayma donatıların kullanımı ve asfalt modülü olarak tespit edilmiştir. Asfalt kaplama altındaki çekme gerilme ve şekil değiştirme beton yol üzerindeki asfalt kaplamalarda yansıma çatlakların oluşumunu öngörmede uygulanabilir bir yöntem olduğu görülmüştür.

Asphalt concrete (AC) overlay is the most common method for rehabilitating distressed Portland cement concrete (PCC) pavements. However, the occurence of reflective cracking caused by excessive stresses and strains concentration at the bottom of the overlay at the vicinity of the joints or cracks affects negatively the performance of the asphalt overlay. This study focused on the development of a three-dimensional finite element (FE) model of an AC overlaid on an existing PCC pavement in order the assess the mechanistic behavior of the pavement under traffic load. The analysis considered different AC thickness, AC modulus, AC/PCC interface contact, PCC modulus, joint width, and the use of dowel bars. The investigated pavement responses were the maximal tensile stress and strain at the bottom of the asphalt overlay. The results of the study showed that the changes in the pavement parameters result in a large range of variation in the magnitude of the pavement responses. The magnitude of the longitudinal tensile stress and strain at the bottom of the overlay varied between 22 KPa and 1683 KPa and between 25 microstrains and 460 microstrains, respectively. The parameters that influenced the most the pavement responses were the AC thickness, the AC/PCC interface contact condition, the use of dowel bars and the AC modulus. The stress was more sensitive to the changes in the pavement parameters. The analysis of the tensile stress and strain at the bottom of the overlay was found to be a viable method to predict the occurrence of reflective cracking in AC overlay over PCC pavement.