Fatigue of Asphalt Mixes - Theory of Viscoelasticity and Continuum Damage Mechanics Applied to Uniaxial Fatigue Data from Laboratory Tests

Abstract: Popular Abstract in Swedish I takt med att analytiska dimensioneringsmetoder utvecklas ökar även behovet av att kunna bestämma mekaniska egenskaper hos materialen i överbyggnaden och terrassen. Utmattningssprickor orsakade av tung trafik, permanenta deformationer (spårbildning), termisk sprickbildning, ojämnheter, tjäle och reflektionssprickor är några av de dimensioneringskriterier som kan användas då en väg dimensioneras. Syftet med doktorsavhandlingen är att utvärdera existerande modeller, som används för att beskriva utmattning av asfaltbeläggningar. Exempelvis ATB VÄG, Asphalt Institutes kriterium, Shells kriterium etc. och eventuellt också hitta en förbättrad modell som skulle kunna användas i en strukturell responsmodell i framtiden. Olika Continuum Damage Mechanics (CDM) modeller kommer också att utvärderas. Erhållna resultat med dessa modeller kommer att jämföras med resultat erhållna med mera traditionella metoder. I projektet har också enaxiella laboratorieförsök utvärderats. I projektet har tre typer av massor använts, en standard bärlagermassa AG16, 4.8 %, 160/220 tillsammans med två alternativa massor kallade Inorbind16, 5.3 %, 70/100 + fiber och Durabind16, 4.3 %, 70/100 + polymer. Frekvenssvep, hållfasthetsförsök med konstant belastningshastighet (monotoniska försök) och utmattningsförsök (cykliska försök) utfördes på provkroppar från laboratorietillverkade plattor. Från varje platta borrades 10 provkroppar (Ø 75 mm) ut med en portabel borrutrustning. Efter borrningen kapades provkopparna till en höjd av 150 mm (2:1 förhållande). Försöken utfördes med en servohydraulisk utrustning, UTM-25 (Universal Testing Machine-25 kN) levererad av Industrial Process Controls Ltd (IPC), Australien. Den modell som har den största potentialen i framtiden är modellen som utvecklats av Schapery och baseras på viskoelasticitet och continuum damage mechanics. Genom att använda pseudotöjningskonceptet var det möjligt att separera de viskoelastiska effekterna från skadeackumuleringen i provkroppen och materialets hastighetsberoende egenskaper kunde elimineras. Genom att använda tid-temperatursuperpositioneringsprincipen och samma skiftfaktorer som användes för att skapa masterkurvorna var det möjligt att skifta de karakteristiska materialfunktionerna mellan olika temperaturer. Det var även möjligt att beskriva olika typer av försök, monotoniska samt spänningsstyrda och töjningsstyrda cykliska försök, med en karakteristisk materialfunktion. Försöken utfördes med olika belastningshastighet för de monotoniska försöken och med olika spännings- och töjningsnivåer samt frekvenser för de cykliska försöken. Dessa observationer gör det möjligt att minska antalet testade provkroppar eftersom cykliskt beteende kan predikters från enkla och snabba monotoniska tester vilket är en stor förbättring jämfört med konventionella metoder.