Implementation of energy-based models for pavement performance evaluation : Summary of results

• Currently operational pavement design systems utilize empirical relationships to predict the long-term performance of pavement structures. These weak empirical couplings define the pavement response to environmental and traffic loads. The Swedish Transport Administration in close collaboration with the pavement industry has initiated a multi-year program with the aim of developing and implementing advanced models for Swedish conditions. The implementation of the program was carried out in phases and during these phases different activities were executed. This report presents and summarizes the main findings of the implementation project. The summary includes the development and enhancement of advanced material models and the incorporation of these models into a windows-based pavement analysis tool. Material models that are developed on the basis of micromechanics and mixture morphology are utilized for the prediction of asphalt mixture properties such as viscosity, shear modulus, phase angle, scalar modulus, creep rate and dynamic modulus. These material models account for factors such as temperature and rate of loading and are verified for a number of Swedish mixtures. The windows-based pavement analysis tool was developed using an interactive and dynamic Python programming language and incorporates energy-based methods for the prediction of rutting and cracking. The tool incorporates features for the prediction of pavement temperature profile and the integration of axle load spectra (ALS). The developed and enhanced material models have been observed to provide reasonable and acceptable predictions while the Windows-based pavement analysis tool is observed to be stable andefficient. The analysis of different scenarios has shown that the linear elastic analysis (LEA) based cracking model provides predictions that are reasonable. The finite element method (FEM) based cracking and rutting models, on the other hand, are observed to deliver results that are over exaggerated and unacceptable. To improve further the accuracy of predicted results, it is strongly recommended that both the rutting and cracking predictive models should be verified, calibrated and validated for Swedish conditions.

• För närvarande operativa beläggningsdesignverktyg använder empiriska samband för att förutsäga den långsiktiga prestandan hos beläggningssektioner. Dessa svaga empiriska kopplingar definierar beläggningars respons på miljö- och trafikbelastningar. Trafikverket i nära samarbete medbeläggningsbranschen har initierat ett flerårigt program med syfte att utveckla och implementera avancerade modeller för svenska vägar. Programmet genomfördes i två faser och under dessa faser genomfördes olika aktiviteter. Denna rapport presenterar och sammanfattar de viktigaste resultaten av implementeringsprojektet. Sammanfattningen inkluderar utveckling och förbättring av avancerade materialmodeller och integreringen av dessa modeller i ett Windows-baserat beläggningsanalysverktyg. Materialmodeller som är utvecklade på basis av mikromekanik och morfologi används för att förutsäga asfaltmassan egenskaper såsom viskositet, skjuv modul, fasvinkel och dynamisk modul. Dessa materialmodeller beaktas faktorer som temperatur och frekvens och är verifierade för flera svenska massor. Det Windows-baserat beläggningsanalysverktyget utvecklades med ett interaktivt och dynamiskt Python-programmeringsspråk och innehåller energibaserade metoder för att förutsäga spår- och sprickbildning. Verktyget tillåter integreringen av axellaster från tunga fordon. Det kan också förutsäga asfaltslagret temperatur. Materialmodellerna har observerats ge rimliga och acceptabla resultat. Det Windows-baserade beläggningsanalysverktyget har också observerats vara stabilt och effektivt. Analysen av olika typer av vägar har visat att den sprickbildningsmodellen med linjära elastiska analysen (LEA) ger rimliga resultat. Den finita elementmetod (FEM) spårbildningsmodellen ger resultat som är orimligt. För att ytterligare förbättra resultaten rekommenderas starkt att både spår- och sprickbildningsmodellerna kalibreras och valideras för svenska vägar. 

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik -- Infrastrukturteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering -- Infrastructure Engineering (hsv//eng)

Nyckelord

Energy-based

micromechanics

aging

application tool

calibration

validation

implementation

Energibaserat

mikromekanik

åldrande

applikationsverktyg

kalibrering

validering

implementering

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)