A Method to Measure the Effects of Climate on the Initial Construction Strength of Flexible Pavements

Fabrizio Di Camillo

In the proceedings of: GeoVancouver 2016: 69th Canadian Geotechnical Conference

Session: INFRASTRUCTURE - II Highways & Bridges

ABSTRACT: In this paper a method to evaluate the effects of cooling rates of asphalt pavement is proposed to investigate changes in pavement strength. The method proposes the use of two FE models to simulate field climatic conditions. A 3-D Finite element model capable of calculating temperature field variation for a given set of climatic conditions and laydown temperature was developed. A second 3-D finite element model was developed to measure the effects of cooling rate of the binder on pavement strength through a direct tension test to estimate cracking potential. We tested the models by simulating laboratory experiments from the literature and commonly observed weather conditions in Canada. The results show that ambient, base and subgrade temperatures as well as wind speeds at the time of application can result on a loss of strength of up to 20% depending on the thermal and physical properties of the asphalt pavement structure and weather conditions at the time of application. The FEM Transient Thermal Analysis System proposed herein can be used to simulate any environmental condition in the world and estimate ideal ranges of pavement construction during different seasons of the year.

RÉSUMÉ: Dans cet article, une méthode pour évaluer les effets des taux de refroidissement de revêtement d'asphalte est proposée afin d'étudier les changements au niveau de la résistance du revêtement. Le procédé propose l'utilisation de deux modèles FE pour simuler les conditions climatiques sur le terrain. Un modèle 3-D d'éléments finis capable de calculer la variation du champ de température pour un ensemble donné de conditions climatiques et de température d'étalement a été développé. Un deuxième modèle 3-D des éléments finis a été développé pour mesurer les effets du taux de refroidissement du liant sur la résistance de la chaussée un essai de traction directe pour estimer le potentiel de fissuration. Nous avons testé les modèles en simulant des expériences de laboratoire à partir de la littérature et des conditions météorologiques généralement observées au Canada. Les résultats montrent que les températures ambiantes, de base et de sous-fondation, ainsi que la vitesse du vent au moment de l'application peut entraîner une perte de puissance pouvant aller jusqu'à 20% en fonction des propriétés thermiques et physiques de la structure de l'asphalte de la chaussée et des conditions météorologiques au moment d'application. Le système d'analyse thermique FÉM transitoire proposé ici peut être utilisé pour simuler environnementale et estimer les moments idéaux de construction de chaussée pour les différentes saisons de l'année.

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