Characterization of unbound materials for flexible pavement design

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.author Cliatt, Bradley Watson en
dc.date.accessioned 2020-05-14T09:57:57Z
dc.date.available 2020-05-14T09:57:57Z
dc.date.issued 2020-05-14 en
dc.identifier.uri https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50578
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18276
dc.description.abstract A flexible pavement's response to traffic loads is a critical issue that is directly related to the pavement design procedures and its overall expected life. In general flexible pavements consist of two layers, the bound asphalt upper layers, and the underlying unbound aggregate layers, and both of these layers are expected to the support loads imposed upon them from traffic under the conditions expected during their design. For the current research, the focus is on the characterization of the unbound aggregate materials in the base layer for flexible pavement design purposes through laboratory and model-based investigations for pavement design procedures. Current pavement design procedures, for unbound layers, are often empirically based on previous research and/or based on in-situ experience. However, it is known that these unbound materials behave in a much more complex manner and that their behavior can have a significant impact during pavement design procedures. Over the years knowledge concerning the influences related to the behavior of these materials has been researched and discussed. These materials are known to behave in a non-linear manner dependent on a range of factors including materials based and condition-based factors. Despite these known influencing factors pavement design procedures still most often continue to consider their behavior as either static and/or linear in nature most often for simplicity of calculation purposes. For materials, testing procedures have been developed over the years that can define this known nonlinear behavior in relationship to the conditions the unbound materials are expected to experience within the underlying pavement layers. With the development of laboratory testing procedures, the development of constitutive based regression models commenced with multiple models aiming to most accurately define the behavior of these unbound materials based on mechanical or physical properties. Many constitutive models were developed over the years, however, their full potential for incorporation into pavement design procedures was not effective and feasible until the development of computer-based modeling programs that can more rapidly assess the predicted responses within pavement structures. Despite the potential for their inclusion into computer-based Finite Element Modeling (FEM) most often this relatively new arena of FEM based pavement design analysis still limits and overly simplifies unbound material behavior in modeling and analysis procedures. The majority of current research into these FEM analysis procedures limit their design of unbound pavement materials to a linear-isotropic based behavior as research has been focused more on the in-depth investigation of the upper bound pavement layers. This oversimplification can potentially have a significant effect of the pavements structures overall responses and is necessary to be included within FEM based pavement analysis procedures in order to more accurately predict pavement responses. This imbalance and lack of knowledge on the impact that the nonlinear anisotropic laboratory-based FEM modeling of unbound base materials may have on overall pavement responses is the focus of the current dissertation. With this knowledge gap in mind, the current research focuses on investigating the pavement responses through FEM analysis, incorporating nonlinear anisotropic laboratory-based modeling of the unbound base layer and the impact this characterization has on a wide array pavement structures and on their predicted pavement responses at critical locations. en
dc.rights Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα *
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/ *
dc.subject Flexible Pavement en
dc.subject Εύκαμπτα οδοστρώματα el
dc.subject Διαστασιολόγηση οδοστρωμάτων el
dc.subject Προσομοίωση el
dc.subject Ασύνδετα υλικά el
dc.subject Μη γραμμικό el
dc.subject Pavement Design en
dc.subject Modelling en
dc.subject Unbound Layer en
dc.subject Nonlinear en
dc.title Characterization of unbound materials for flexible pavement design en
dc.contributor.department Εργαστήριο Οδοποιίας el
heal.type doctoralThesis
heal.secondaryTitle Χαρακτηρισμός ασύνδετων υλικών για τον σχεδιασμό ευκάμπτων οδοστρωμάτων el
heal.classification Civil Engineering en
heal.language en
heal.access campus
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2020-04-15
heal.abstract Η ικανότητα ενός εύκαμπτου οδοστρώματος στην αντοχή και τη μεταφορά αξονικού φορτιού αποτελεί σημαντικό ζήτημα άμεσα συνδεμένο με τις διαδικασίες σχεδιασμού και με την εκτιμώμενη διάρκεια ζωής του. Τα εύκαμπτα οδοστρώματα είναι κατασκευασμένα εν γένει σε δύο διαφορετικά επίπεδα: οι ασφαλτικές στρώσεις στο άνω τμήμα της διατομής του οδοστρώματος που αποτελούνται από ασφαλτόμιγμα (συνδεδεμένα υλικά) και τα κατώτερα επίπεδα ασύνδετων αδρανών υλικών. Και τα δύο αυτά επίπεδα πρέπει να μπορούν να υποστηρίξουν τις συνθήκες φορτίων που δημιουργούνται από την εκτιμώμενη κυκλοφορία κατά τη σχεδιαζόμενη ζωή του οδοστρώματος. Η τρέχουσα έρευνα εστιάζεται στο χαρακτηρισμό των ασύνδετων αδρανών υλικών της βάσης σε δομές εύκαμπτων οδοστρωμάτων μέσω εργαστηριακού ελέγχου και διερεύνησης προσομοιώσεων που χρησιμοποιούνται στις διαδικασίες διαστασιολόγησης οδοστρωμάτων Οι τρέχουσες διαδικασίες διαστασιολόγησης, για τα ασύνδετα επίπεδα, βασίζονται συχνά εμπειρικά σε προϋπάρχουσες έρευνες ή/και σε διαχρονική εμπειρία στο πεδίο. Παρολαυτά, είναι γνωστό ότι αυτά τα ασύνδετα υλικά συμπεριφέρονται με έναν σημαντικό πιο περίπλοκο τρόπο και ότι η συμπεριφορά τους αυτή μπορεί να έχει σημαντικές επιπτώσεις κατά τη διαδικασία διαστασιολόγησης. Οι επιδράσεις που σχετίζονται με τη συμπεριφορά των υλικών αυτών έχει ερευνηθεί διαχρονικά και συζητηθεί ευρέως. Τα υλικά αυτά είναι γνωστό ότι συμπεριφέρονται με μη γραμμικό τρόπο εξαρτώμενου από μια σειρά παραγόντων τόσο σχετιζόμενων με το υλικό όσο και με τις συνθήκες. Παρόλη τη γνώση γύρω από τους παράγοντες αυτούς κατά τη διαστασιολόγηση οδοστρωμάτων η συμπεριφορά των υλικών εξακολουθεί και θεωρείται είτε στατική ή/και γραμμική κυρίως για λόγους απλοποίησης των υπολογισμών. Για τα υλικά έχουν αναπτυχθεί στη διάρκεια των ετών ποίκιλες διαδικασίες ελέγχου που προσδιορίζουν τη μη γραμμική συμπεριφορά σε σχέση με τις συνθήκες στις οποίες τα ασύνδετα υλικά αναμένεται να εκτεθούν στα στρώματα βάσης. Με την ανάπτυξη εργαστηριακών ελέγχων, αναπτύχθηκαν ταυτόχρονα και καταστατικά μοντέλα-προσομοιώσεις παλινδρόμησης με στόχο τον πιο ακριβή προσδιορισμό της συμπεριφοράς των ασύνδετων υλικών βάσει μηχανικών ή φυσικών χαρακτηριστικών. Πολλά καταστατικά μοντέλα αναπτύχθηκαν στη διάρκεια των χρόνων, ωστόσο, η ενσωμάτωση τους σε πλήρη δυναμική στη διαστασιολόγηση οδοστρωμάτων δεν ήταν δυνατή εωσότου αναπτυχθούν και τα αντίστοιχα προγραμματιστικά μοντέλα βασισμένα σε Η/Υ που μπορούν πιο άμεσα να αξιολογήσουν τις προβλεπόμενες αποκρίσεις σε δομές οδοστρωμάτων. Παρά τις προοπτικές για την συμπερίληψη του σε Προγράμματα Μοντελοποίησης Αριθμητικής Μεθόδου Πεπερασμένων Στοιχείων (FEM) , τις περισσότερες φορές το σχετικά νέο πεδίο σχεδιασμού και ανάλυσης βάσει FEM ακόμη περιορίζει και υπεραπλοποιεί τη συμπεριφορά των ασύνδετων υλικών στις διαδικασίες προσομοίωσης και ανάλυσης. Η πλειονότητα των τρεχουσών ερευνών σε διαδικασίες ανάλυσης FEM περιορίζει το σχεδιασμό των ασύνδετων υλικών σε γραμμικές-ισοτροπικές συμπεριφορές καθώς η έρευνα εστιάζει στη διερεύνηση των άνω στρωμάτων βάσης συνδεδεμένων υλικών. Αυτή η υπεραπλούστευση μπορεί δυνητικά να έχει σημαντική επίδραση στις αποκρίσεις των δομών οδοστρωμάτων και είναι απαραίτητο να συμπεριληφθεί στις διαδικασίες ανάλυσης οδοστρωμάτων βάσει FEM για την πιο ακριβή πρόβλεψη των αποκρίσεων των οδοστρωμάτων. Η ανισορροπία και έλλειψη γνώσης στην επίδραση επί των αποκρίσεων οδοστρωμάτων των μη γραμμικών ανισοτροπικών εργαστηριακά βασισμένων FEM προσομοιώσεων ασύνδετων υλικών βάσης αποτελούν την εστίαση της τρέχουσας διατριβής. Με δεδομένο αυτό το κενό γνώσης, η τρέχουσα έρευνα εστιάζει στη διερεύνηση των αποκρίσεων οδοστρωμάτων μέσω ανάλυσης FEM, ενσωματώνοντας μη γραμμικές ανισοτροπικές εργαστηριακά βασισμένες προσομοιώσεις των στρωμάτων βάσης ασύνδετων υλικών και αναλύοντας την επίδραση του χαρακτηρισμού αυτού σε μια ευρεία γκάμα δομών οδοστρωμάτων και των προβλεπόμενων αποκρίσεων τους σε σημαντικές τοποθεσίες. el
heal.advisorName Λοΐζος, Ανδρέας el
heal.committeeMemberName Λοΐζος, Ανδρέας el
heal.committeeMemberName Θεοδωρακόπουλος, Δημήτριος el
heal.committeeMemberName Πλατή, Χριστίνα el
heal.committeeMemberName Γεωργιάννου, Βασιλική el
heal.committeeMemberName Κουρκουλής, Σταύρος el
heal.committeeMemberName Σπηλιόπουλος, Κωνσταντίνος el
heal.committeeMemberName Μαυρομάτης, Στέργιος el
heal.academicPublisher Σχολή Πολιτικών Μηχανικών el
heal.academicPublisherID ntua
heal.numberOfPages 415
heal.fullTextAvailability false

Files in this item

The following license files are associated with this item:

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα Except where otherwise noted, this item's license is described as Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα