The influence of the carbo-glass geogrid-reinforcement on the fatigue life of the asphalt pavement structure

This paper describes the analyses of the fatigue life of the asphalt pavement reinforced with geogrid interlayer under traffic loading. Finite Element ANSYS package with using nCode applications, as well as macros specially designed in APDL programming script and VBA were used to model the considered problem. Our analysis included computation of stress, fatigue life, damage matrix and rainflow matrix. The method applied was the one of fatigue calculation: stress - number of cycles in short S-N. On the basis of the performed high cycle fatigue analysis, the influence of the location of the used geogrid and of its bond with asphalt layers on the fatigue life and the work of the asphalt pavement structure were determined. The study was carried out for three temperature seasons i.e. spring and fall (assumed as one season), winter and summer. The variability of the traffic conditions were taken into account by assuming weekly blocks of traffic loading. The calculations were made using the real values of loading measured in field tests on the German highways by means of HS-WIM weighing system. As a result of the performed tests, it was proved that the use of geogrid-reinforcement may prolong the fatigue life of the asphalt pavement. However, it is required that: the geogrid should be located in the tension zone as low as possible in the structure of the asphalt layers. Moreover, it is necessary to provide high stiffness of the bond between the geogrid and the asphalt layers.

W artykule opisano badania trwałości zmęczeniowej asfaltowej nawierzchni zbrojonej geosyntetyczną warstwą pośrednią poddanej zmiennym obciążeniom od kół poruszających się pojazdów. Badania te zrealizowano wykorzystując numeryczny model nawierzchni opracowany z użyciem metody elementów skończonych w systemie ANSYS z wykorzystaniem aplikacji firmy nCode oraz przygotowanych specjalnie makropoleceń w językach skryptowych APDL (ANSYS Parametric Design Language) i VBA (Visual Basic for Applications). Analizy obejmowały wyznaczenie naprężeń, trwałości zmęczeniowej, macierzy zniszczeń oraz macierzy rainflow. Zastosowano metodę obliczeń zmęczeniowych: naprężenie - liczba cykli (czas życia), w skrócie S-N. Na podstawie przeprowadzonych wysokocyklowych analiz zmęczeniowych określono, jaki wpływ na pracę i trwałość nawierzchni drogowej ma lokalizacja wbudowanego geosyntetyku oraz jego związanie z warstwami asfaltowej nawierzchni. Analizy przeprowadzono dla trzech sezonów temperaturowych, tj. wiosny i jesieni (łącznie - jeden sezon), zimy oraz lata. Zmienność warunków ruchu uwzględniono przyjmując tygodniowe bloki obciążeń. Do obliczeń wykorzystano rzeczywiste wartości obciążeń z pomiarów polowych przeprowadzonych przez Federal Highway Research Institute w Kolonii na niemieckich autostradach z wykorzystaniem systemu ważenia pojazdów w ruchu HS-WIM. Dane te obejmowały naciski poszczególnych osi, strukturę rodzajową i prędkości przejeżdżających pojazdów ciężkich z trzech miesięcy reprezentujących różne pory roku: styczeń, czerwiec i październik. W efekcie przeprowadzonych analiz stwierdzono, ze stosowanie zbrojenia geosyntetycznego może wydłużyć trwałość zmęczeniową nawierzchni asfaltowej. Wymagane jest jednak, aby: geosyntetyk zlokalizowany był w strefie rozciągania, możliwie jak najniżej w układzie warstw asfaltowych. Ponadto konieczne jest zapewnienie wysokiej sztywności połączenia geosyntetyku z warstwami asfaltowymi.