Evaluation of the AASHTO design equations and recommended improvements /

"SHRP-P-394."

Design and Evaluation of a Retrofittable Electric Snow Melting System for Pavements

Gemstone Team SnowMelt

Design of granular pavements

The use of high-quality quarried crushed rock aggregates is generally required to comply with current specifications for unbound granular materials (UGMs) in pavements. The source of these high-quality materials can be a long distance from the site, resulting in high transportation costs. The use of more local sources of marginal materials or the use of secondary aggregates is not allowed if they do not fully comply with existing specifications. These materials can, however, be assessed for their suitability for use in a pavement by considering performance criteria such as resistance to permanent deformation and degradation instead of relying on compliance with inflexible specifications. The final thickness of the asphalt cover and the pavement depth are governed by conventional pavement design methods, which consider the number of vehicle passes, subgrade strength, and some material property, commonly the California bearing ratio or resilient modulus. A pavement design method that includes as a design criterion an assessment of the resistance to deformation of a UGM in a pavement structure at a particular stress state is proposed. The particular stress state at which the aggregate is to perform in an acceptable way is related to the in situ stress, that is, the stress that the aggregate is anticipated to experience at a particular depth in the pavement. Because the stresses are more severe closer to the pavement surface, the aggregates should be better able to resist these stresses the closer they are laid to the surface in the pavement. This method was applied to two Northern Ireland aggregates of different quality (NI Good and NI Poor). The results showed that the NI Poor aggregate performed at an acceptable level with respect to permanent deformation, provided that a minimum of 70 mm of asphalt cover was provided. It was predicted that the NI Good material would require 60 mm of asphalt cover.

Performance evaluation of asphalt pavements using the Incremental-Recursive procedure of the Mechanistic-Empirical design software CalME

Il concetto di “sostenibilità” si riferisce allo sviluppo dei sistemi umani attraverso il più piccolo impatto possibile sul sistema ambientale. Le opere che si inseriscono bene nel contesto ambientale circostante e le pratiche che rispettano le risorse in maniera tale da permettere una crescita e uno sviluppo a lungo termine senza impattare sull’ambiente sono indispensabili in una società moderna. I progressi passati, presenti e futuri che hanno reso i conglomerati bituminosi materiali sostenibili dal punto di vista ambientale sono particolarmente importanti data la grande quantità di conglomerato usato annualmente in Europa e negli Stati Uniti. I produttori di bitume e di conglomerato bituminoso stanno sviluppando tecniche innovative per ridurre l’impatto ambientale senza compromettere le prestazioni meccaniche finali. Un conglomerato bituminoso ad “alta lavorabilità” (WMA), pur sviluppando le stesse caratteristiche meccaniche, richiede un temperatura di produzione minore rispetto a quella di un tradizionale conglomerato bituminoso a caldo (HMA). L’abbassamento della temperature di produzione riduce le emissioni nocive. Questo migliora le condizioni dei lavoratori ed è orientato verso uno sviluppo sostenibile. L’obbiettivo principale di questa tesi di laurea è quello di dimostrare il duplice valore sia dal punto di vista dell’eco-compatibilità sia dal punto di vista meccanico di questi conglomerati bituminosi ad “alta lavorabilità”. In particolare in questa tesi di laurea è stato studiato uno SMA ad “alta lavorabilità” (PGGWMA). L’uso di materiali a basso impatto ambientale è la prima fase verso un progetto ecocompatibile ma non può che essere il punto di partenza. L’approccio ecocompatibile deve essere esteso anche ai metodi di progetto e alla caratterizzazione di laboratorio dei materiali perché solo in questo modo è possibile ricavare le massime potenzialità dai materiali usati. Un’appropriata caratterizzazione del conglomerato bituminoso è fondamentale e necessaria per una realistica previsione delle performance di una pavimentazione stradale. La caratterizzazione volumetrica (Mix Design) e meccanica (Deformazioni Permanenti e Comportamento a fatica) di un conglomerato bituminoso è una fase importante. Inoltre, al fine di utilizzare correttamente i materiali, un metodo di progetto avanzato ed efficiente, come quello rappresentato da un approccio Empirico-Meccanicistico (ME), deve essere utilizzato. Una procedura di progetto Empirico-Meccanicistica consiste di un modello strutturale capace di prevedere gli stati di tensione e deformazione all’interno della pavimentazione sotto l’azione del traffico e in funzione delle condizioni atmosferiche e di modelli empirici, calibrati sul comportamento dei materiali, che collegano la risposta strutturale alle performance della pavimentazione. Nel 1996 in California, per poter effettivamente sfruttare i benefici dei continui progressi nel campo delle pavimentazioni stradali, fu iniziato un estensivo progetto di ricerca mirato allo sviluppo dei metodi di progetto Empirico - Meccanicistici per le pavimentazioni stradali. Il risultato finale fu la prima versione del software CalME che fornisce all’utente tre approcci diversi di l’analisi e progetto: un approccio Empirico, uno Empirico - Meccanicistico classico e un approccio Empirico - Meccanicistico Incrementale - Ricorsivo. Questo tesi di laurea si concentra sulla procedura Incrementale - Ricorsiva del software CalME, basata su modelli di danno per quanto riguarda la fatica e l’accumulo di deformazioni di taglio dai quali dipendono rispettivamente la fessurazione superficiale e le deformazioni permanenti nella pavimentazione. Tale procedura funziona per incrementi temporali successivi e, usando i risultati di ogni incremento temporale, ricorsivamente, come input dell’incremento temporale successivo, prevede le condizioni di una pavimentazione stradale per quanto riguarda il modulo complesso dei diversi strati, le fessurazioni superficiali dovute alla fatica, le deformazioni permanenti e la rugosità superficiale. Al fine di verificare le propreità meccaniche del PGGWMA e le reciproche relazioni in termini di danno a fatica e deformazioni permanenti tra strato superficiale e struttura della pavimentazione per fissate condizioni ambientali e di traffico, è stata usata la procedura Incrementale – Ricorsiva del software CalME. Il conglomerato bituminoso studiato (PGGWMA) è stato usato in una pavimentazione stradale come strato superficiale di 60 mm di spessore. Le performance della pavimentazione sono state confrontate a quelle della stessa pavimentazione in cui altri tipi di conglomerato bituminoso sono stati usati come strato superficiale. I tre tipi di conglomerato bituminoso usati come termini di paragone sono stati: un conglomerato bituminoso ad “alta lavorabilità” con granulometria “chiusa” non modificato (DGWMA), un conglomerato bituminoso modificato con polverino di gomma con granulometria “aperta” (GGRAC) e un conglomerato bituminoso non modificato con granulometria “chiusa” (DGAC). Nel Capitolo I è stato introdotto il problema del progetto ecocompatibile delle pavimentazioni stradali. I materiali a basso impatto ambientale come i conglomerati bituminosi ad “alta lavorabilità” e i conglomerati bituminosi modificati con polverino di gomma sono stati descritti in dettaglio. Inoltre è stata discussa l’importanza della caratterizzazione di laboratorio dei materiali e il valore di un metodo razionale di progetto delle pavimentazioni stradali. Nel Capitolo II sono stati descritti i diversi approcci progettuali utilizzabili con il CalME e in particolare è stata spiegata la procedura Incrementale – Ricorsiva. Nel Capitolo III sono state studiate le proprietà volumetriche e meccaniche del PGGWMA. Test di Fatica e di Deformazioni Permanenti, eseguiti rispettivamente con la macchina a fatica per flessione su quattro punti e il Simple Shear Test device (macchina di taglio semplice), sono stati effettuati su provini di conglomerato bituminoso e i risultati dei test sono stati riassunti. Attraverso questi dati di laboratorio, i parametri dei modelli della Master Curve, del danno a fatica e dell’accumulo di deformazioni di taglio usati nella procedura Incrementale – Ricorsiva del CalME sono stati valutati. Infine, nel Capitolo IV, sono stati presentati i risultati delle simulazioni di pavimentazioni stradali con diversi strati superficiali. Per ogni pavimentazione sono stati analizzati la fessurazione superficiale complessiva, le deformazioni permanenti complessive, il danno a fatica e la profondità delle deformazioni in ognuno degli stati legati.

Design and construction of continously reinforced concrete airport pavements : final report /

Final report; August 1977.

Design manual: airfield pavements.

Cover title.

Design of continuously reinforced concrete pavements using glass fiber reinforced polymer rebars /

"October 2005."

Structural design of pavements for light aircraft / Donald M. Ladd, Frazier Parker, Jr., A. Taboza Pereira.

Includes appendix.

Predictive design procedures, VESYS users manual : an interim design method for flexible pavements using the VESYS structural subsystem /

Mode of access: Internet.

Methodology for Pavement Design Reliability and Back Analysis Using Markov Chain Monte Carlo Simulation

Given the increasing cost of designing and building new highway pavements, reliability analysis has become vital to ensure that a given pavement performs as expected in the field. Recognizing the importance of failure analysis to safety, reliability, performance, and economy, back analysis has been employed in various engineering applications to evaluate the inherent uncertainties of the design and analysis. The probabilistic back analysis method formulated on Bayes' theorem and solved using the Markov chain Monte Carlo simulation method with a Metropolis-Hastings algorithm has proved to be highly efficient to address this issue. It is also quite flexible and is applicable to any type of prior information. In this paper, this method has been used to back-analyze the parameters that influence the pavement life and to consider the uncertainty of the mechanistic-empirical pavement design model. The load-induced pavement structural responses (e.g., stresses, strains, and deflections) used to predict the pavement life are estimated using the response surface methodology model developed based on the results of linear elastic analysis. The failure criteria adopted for the analysis were based on the factor of safety (FOS), and the study was carried out for different sample sizes and jumping distributions to estimate the most robust posterior statistics. From the posterior statistics of the case considered, it was observed that after approximately 150 million standard axle load repetitions, the mean values of the pavement properties decrease as expected, with a significant decrease in the values of the elastic moduli of the expected layers. An analysis of the posterior statistics indicated that the parameters that contribute significantly to the pavement failure were the moduli of the base and surface layer, which is consistent with the findings from other studies. After the back analysis, the base modulus parameters show a significant decrease of 15.8% and the surface layer modulus a decrease of 3.12% in the mean value. The usefulness of the back analysis methodology is further highlighted by estimating the design parameters for specified values of the factor of safety. The analysis revealed that for the pavement section considered, a reliability of 89% and 94% can be achieved by adopting FOS values of 1.5 and 2, respectively. The methodology proposed can therefore be effectively used to identify the parameters that are critical to pavement failure in the design of pavements for specified levels of reliability. DOI: 10.1061/(ASCE)TE.1943-5436.0000455. (C) 2013 American Society of Civil Engineers.

System Reliability Analysis of Flexible Pavements

The uncertainty in material properties and traffic characterization in the design of flexible pavements has led to significant efforts in recent years to incorporate reliability methods and probabilistic design procedures for the design, rehabilitation, and maintenance of pavements. In the mechanistic-empirical (ME) design of pavements, despite the fact that there are multiple failure modes, the design criteria applied in the majority of analytical pavement design methods guard only against fatigue cracking and subgrade rutting, which are usually considered as independent failure events. This study carries out the reliability analysis for a flexible pavement section for these failure criteria based on the first-order reliability method (FORM) and the second-order reliability method (SORM) techniques and the crude Monte Carlo simulation. Through a sensitivity analysis, the most critical parameter affecting the design reliability for both fatigue and rutting failure criteria was identified as the surface layer thickness. However, reliability analysis in pavement design is most useful if it can be efficiently and accurately applied to components of pavement design and the combination of these components in an overall system analysis. The study shows that for the pavement section considered, there is a high degree of dependence between the two failure modes, and demonstrates that the probability of simultaneous occurrence of failures can be almost as high as the probability of component failures. Thus, the need to consider the system reliability in the pavement analysis is highlighted, and the study indicates that the improvement of pavement performance should be tackled in the light of reducing this undesirable event of simultaneous failure and not merely the consideration of the more critical failure mode. Furthermore, this probability of simultaneous occurrence of failures is seen to increase considerably with small increments in the mean traffic loads, which also results in wider system reliability bounds. The study also advocates the use of narrow bounds to the probability of failure, which provides a better estimate of the probability of failure, as validated from the results obtained from Monte Carlo simulation (MCS).