استفاده از آزمایش کشش غیر مستقیم جهت ارایه مدلی برای پیش بینی عمرخستگی نمونه های آسفالتی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران و  عضو هیأت علمی، پژوهشکده حمل و نقل، تهران، ایران

چکیده

به طور کلی روسازیها پس از گذشت چند سال از بهره برداری (کمتر از عمر بهره برداری)، به خرابی هایی از جمله قیر زدگی، انواع مختلف ترکها، ناهمواری و یا تلفیقی از آنها دچار می شوند. به همین دلیل متولیان راهسازی همواره به دنبال راه حلهایی بوده اند که عمر روسازی راهها را بیشینه و هزینه تعمیر و نگهداری آنهارا کمینه کند. ازجمله خرابیهایی که معمولاً در روسازی راهها مشاهده می شوند, ترکهای خستگی هستند. برای تهیه مخلوط آسفالتی مقاوم در برابر بروز ترکهای خستگی زودرس, آزمایشهایی پیشنهاد شده اند که معمولاً انجام آنها نیاز به تجهیزات ویژه و صرف زمان طولانی دارد. به همین دلیل پژوهشگران روابط متنوعی را برای پیش بینی عمرخستگی مخلوطهای آسفالتی ارایه کرده اند که البته این روابط نیز برای شرایط خاص انجام آزمایش (نوع مصالح, دما و ...)معتبر ند، اما باید برای شرایط دیگر اعتبار سنجی و صحت کاربرد آنها مورد بررسی قرار گیرد. در این پژوهش سعی شده است با توجه به امکانات آزمایشگاهی موجود در کشور و استفاده از آزمایش کشش غیر مستقیم رابطه ای برای پیش بینی عمر خستگی مخلوطهای آسفالتی رایج که در رویه آسفالتی راههای کشور مورد استفاده قرار می گیرند ارایه شود. نتایج به دست آمده در این پژوهش نشان می دهند که با استفاده از درصد فضای خالی مصالح سنگی پرشده با قیر و ضریب برجهندگی نمونه های آسفالتی می توان رفتار خستگی مخلوطهای آسفالتی را مورد بررسی قرار داد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Use of Indirect Tensile Test for Developing a Model for Predicting the Fatigue Life of Asphalt Concrete

نویسندگان [English]

  • M. Ameri 1
  • A. Mansourian 2
  • A. Mansourian 2
1 Associate Professor, Department of Civil Engineering, University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Ph.D. Student, Department of Civil Engineering, University of Science and Technology, Tehran, Iran and Member of the Scientific Board, Transportation Research Institute, Tehran, Iran
چکیده [English]

Fatigue cracking is one of the major forms of distress that directly influences the service life and ride quality of pavements. The fatigue resistance of asphalt mix is defined as the ability of asphalt mix to withstand repeated bending without fracture. A traditional approach to dealing with cracking in asphalt pavements is based on the assumption that cracks initiate at the bottom of the asphalt layer due to tensile stresses developed from the flexure of the layer and propagate to the pavement surface under repeated load applications(bottom-up cracking). However, recent field studies suggest that fatigue cracks may also initiate at the pavement surface and propagate downward under traffic (top-down cracking).Several methods have been developed for the fatigue testing of asphalt mixes that repeated flexural beam, indirect tensile or direct tensile tests are usually used. Since determination of this characteristic is time consuming and it is difficult to measure, some predicting models have been developed. The results of these models are usually differ from each other because of material types, test methods and tests conditions. In general, there are two approaches to analyze and design against fatigue failure: conventional (traditional) approach, which bases on the analysis on the nominal (average) stresses in the region of the component being analyzed; and fracture mechanics approach, which specifically treats growing cracks using the method of fracture mechanics. In recent years other approaches such as viscoelasticity and continuum damage, has been considered. In this paper, based on traditional approach and by using indirect tensile test (for measuring the fatigue life and resilient modulus) a simplified model is developed for estimation of fatigue life of common asphalt mixes which are ordinary used in Iran. The loading pattern used in the indirect tensile fatigue test was a haversine load. The loading time was 0.1-second, and the rest period was 0.9-secend. The amplitude of the load for a specific tensile stress was kept constant during the test. The asphalt mix variables were bitumen content, bitumen type, air void content and aggregate gradation. For resilient modulus and fatigue tests, the Universal Testing Machine (UTM) was applied. The statistical analysis for each data set (resilient modulus and fatigue response) included the following sequences:


Test for correlation among the independent variables.

Analysis of variance (ANOVA) of full models (all main factors and two-factor interactions) to determine the sensitivity of resilient modulus and fatigue life to mix variables.

General Linear Modeling (GLM) to develop models for resilient modulus and fatigue life.

Summarizes of the effects of the experimental variables included in the experiment on resilient modulus and fatigue life based on the results of GLM.
The experimental design used in this study was a fractional factorial which permitted the estimation of the main effects of experimental factors and all the two-factor interactions. On the basis of the statistical analysis the following equation was obtained:R2=0.800 Where:Stress = tensile stress ( KPa)Mr = resilient modulusVFB = voids filled with bitumenFigure 1 shows the fatigue life for specimens resulting from proposed model and indirect tensile fatigue test. As shown in this figure, the predicted values and observed values(results of fatigue tests) are near to each other.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Asphalt mix
  • indirect tensile
  • fatigue
  • Resilient Modulus