SUPERVISOR
Seyed Mehdi Abtahi Forooshani,Seyedmadi Hejazi
سیدمهدی ابطحی فروشانی (استاد راهنما) سیدمهدی حجازی (استاد راهنما)
STUDENT
Zavareh Shakibaei far
زواره شکیبائی فر
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
TITLE
Analysis of geogrid performance on the viscoelastic properties of mixtures asphalt concrete
: As the most important part of road infrastructures, asphalt pavement is composed of multi-layers produced from various materials. These layers experience non-uniform loading under different thermal conditions which cause to reduction in performance and durability of pavement structure through non-uniform deformation, fatigue, and etc. Permanent deformations have detrimental effects on the asphalt pavement especially in arid areas. Thus, improvement of the asphalt layers by Geosynthetics materials as a modern method can be used to reduce destructive impacts of permanent deformations. In addition, the mechanical properties of asphalt concrete mixtures, such as creep, relaxation and recovery, have a profound impact on the design of asphalt concrete mixtures, control of pavement damages, and pavement life. So, mechanical models of asphalt concrete mixture are essential to analyze the variation of mechanical responses against the period, frequency, and amount of loading. In this study, the effects of geogrid on the viscoelastic equations of asphalt concrete mixtures have been investigated. For this purpose, mechanical behavior of concrete asphalt mixtures was investigated through urgers model. Then, the deflection in the center of loading was measured. After that, 3 samples of polyester geogrid (PET) with similar mesh size (2.5*2.5 mm ) were used. These geogrid samples, with 55, 80, 110 kN/m tensile strengths, were placed under tensile force to determine modules of elasticity and mechanical viscoelastic behavioral model through successive residuals method. For analyzing the combined model of asphalt concrete, the mechanical behavior of geogrid was considered as an elastic material. Then, the influence of it on the viscoelastic equation of asphalt concrete ( Burgers model) was firstly investigated through 3 different state: 1- the effect of geogrid on the retarded elastic strains, 2- the effect of geogrid on viscous strains (the damper of Maxwell model), 3- the Simultaneous effects of geogirds on the retarded elastic and viscos strains. On the second stage, three previous states were repeated for geogrid as a viscoelastic material. For solving the creep compliance equation (D(t)), Elastic-viscoelastic Correspondence Principle and Laplace transforms were used. Finally, the equations were solved by Matlab software. It should be noted that all investigations were studied for a layer of binder asphalt concrete (0-25) in which viscoelastic parameters were considered based on literature. To calculate deflection and creep compliance at the center of loading, static load, loading radius, and Poisson's ratio were assumed 2.8 MPa, 152mm, and 0.5 respectively based on Trucks with two axels 234 code. In the following, asphalt concrete reinforced by geogrid was modeled at Abaqus (Finite element method software) as a bulk element which include a layer of asphalt concrete and a mesh of geogrid. The results show that geogrids affect the mid-term deformations (retarded elastic strains) and permanent deformations, so the deflection and rutting amount were reduced. The most important factor of reinforcements is the strength against shear strains. So while the long-term deflection amount reduce, the long-life of pavement could be increased. Moreover, the analytical results have an excellent agreement with Abaqus results; so that, the maximum error in the output results of the asphalt concrete deflection was approximately 5%.. Keywords: Asphalt Concrete Mixtures, Geogrid, Viscoelastic, Creep Compliance, Deflection, Successive Residuals Method.
روسازی آسفالتی یکی از زیرساختهای بسیار مهم جادهها، شامل چندین لایه از مصالح مختلف میباشد که در معرض بارهای ترافیکی غیریکنواخت، در شرایط محیطی متفاوت قرار میگیرد. بارگذاری ترافیکی همراه با نوسانات دمایی که راه در طول مدت سرویسدهی تجربه میکند، باعث ایجاد تغییرشکل ، خستگی و دیگر انواع خرابی میشود که درنهایت منجر به کاهش عملکرد و دوام سازه روسازی میگردد. تغییرشکلهای دائمی، یکی از خرابیهایی است که اثرات نامطلوبی بر روی سطح رویه روسازی، بهخصوص در مناطق گرمسیری دارد. یکی از اقدامات مدرن باهدف کاهش تغییرشکلهای مخلوط بتن آسفالتی، تقویت لایههای آسفالتی با مواد ژئوسنتتیک است. از سوی دیگر، خواص مکانیکی مخلوط بتن آسفالتی همانند خزش، استراحت و بازیابی، اثرات عمیقی در طراحی مخلوط بتن آسفالتی، کنترل خرابیهای روسازی و طول عمر روسازی خواهند داشت. بنابراین مدلهای مکانیکی تعیینکنندهی مخلوط بتن آسفالتی گرم، برای تحلیل و پیشبینی پاسخهای مکانیکی نسبت به میزان بارگذاری، زمان بارگذاری و فرکانس بارگذاری، ضروری و موردنیاز هستند. هدف پژوهش حاضر، بررسی و تحلیل اثر ژئوگرید بر روابط ویسکوالاستیک حاکم بر مخلوط بتن آسفالتی میباشد. لذا، برای این منظور رفتار تغییرشکل مکانیکی مخلوط بتن آسفالتی تحت بارگذاری، یک مدل برگرز در نظر گرفته شد و سپس خیز در مرکز بارگذاری تحت بار استاتیکی به دست آمد. در ادامه، سه نمونه ژئوگرید پلیاستر (PET) با اندازه مش یکسان (5/2 x 5/2 سانتیمتر) و با مقاومتهای کششی 55، 80 و 110 کیلو نیوتن بر متر تحت نیروی کششی قرار داده شد، تا بتوان مدول الاستیک و مدل رفتار مکانیکی ویسکوالاستیک آنها را با استفاده از روش باقیماندههای متوالی به دست آورد. برای حل مدل ترکیبی، مخلوط بتن آسفالتی مسلح شده در پژوهش حاضر، در مرحلهی اول ابتدا با در نظر گرفتن رفتار ژئوگرید بهعنوان یک ماده الاستیک، تاثیر آن بر روی رابطهی ویسکوالاستیک (مدل برگرز) حاکم بر رفتار مخلوط بتن آسفالتی، با سه حالت مختلف: 1- تاثیر ژئوگرید بر کرنشهای الاستیک تأخیری (مدل کلوین) 2- تاثیر ژئوگرید بر کرنشهای ویسکوزی (میراگر مدل ماکسول) 3- تاثیر همزمان ژئوگرید بر کرنشهای الاستیک تأخیری و کرنشهای ویسکوزی بررسی شد. سپس در مرحلهی دوم، با در نظر گرفتن رفتار ژئوگرید بهعنوان یک ماده ویسکوالاستیک، مجددا سه حالت ذکرشده نیز تکرار شد. برای حل معادله خزشپذیری (D(t)) به هنگام تحلیل و بررسی اثر ژئوگرید بر رابطهی ویسکوالاستیک حاکم بر مخلوط بتن آسفالتی (مدل برگرز)، از اصل همترازی الاستیک-ویسکوالاستیک و تبدیلات لاپلاس استفاده شد. در پایان نیز برای حل معادلات از نرمافزار متلب استفاده گردید. لازم به ذکر است که تمامی تحلیل و بررسیها برای یک لایه مخلوط یتن آسفالتی بیندر (25-0) که ثوابت ویسکوالاستیک آن مطابق مطالعات گذشته به دست آمد؛ صورت پذیرفت. برای محاسبهی میزان خیز و خزشپذیری در مرکز بارگذاری، بار استاتیکی مطابق نشریه 234 برای کامیونهای دومحوره سنگین، 8/2 مگاپاسکال فرض شد و شعاع بارگذاری نیز 152 میلیمتر و ضریب پواسون 5/0 فرض شدهاند. در ادامه، مخلوط بتن آسفالتی با پارامترهای ویسکوالاستیک برای لایه بیندر مخلوط بتن آسفالتی به همراه مسلح کنندههای ژئوگرید، در نرمافزار المان محدود آباکوس به صورت یک المان حجمی که شامل یک لایه مخلوط بتن آسفالتی و یک مش از ژئوگرید میباشد، مدلسازی و تحت بارگذاری استاتیکی قرار داده شد.