Identification of Elastic Response of Asphalt Pavements Layers Using Deflectometric Tests With Different Load Levels

Authors

DOI:

https://doi.org/10.11137/1982-3908_2023_46_47594

Keywords:

Falling Weight Deflectometer, Backcalculation, Nonlinearity

Abstract

It is a unusual practice in national new pavement designs and rehabilitations to consider the nonlinear elastic behavior of the materials that constitute or will constitute the pavement layers. However, the linear elastic response is a simplification of the actual pavement layers behavior, since the materials used in the structure have stiffness dependent on the stress state (granular layers and subgrade) or on the temperature and time of load application (asphalt concrete). In view of this, this paper aims to study the elastic behavior of the pavement structures of two monitored sites in the city of Santa Maria/RS, through tests with FWD equipment, applying four different levels of loading on the full extension of these two sites. In these structures, the pavements showed a tendency to stiffening with increasing load acting at initial measuring distances (near the FWD load application point), which represent the elastic compression of all layers that make up the pavement. The measuring distances farther from the load application point, referring to the elastic compression of the subgrade, indicated, in most cases, a tendency to linear behavior of the load-deflection relationship in both sites. The backcalculated resilience modulus confirmed the impressions drawn from the load-deflection relationships, indicating the nonlinear elastic behavior of the granular layers (base and sub-base) of the analyzed sites, with resilience modulus directly proportional to the increase of the confining stress. The subgrade of the experimental sites exhibited varied behavior, and could be simplified by linear elasticity, without considerable loss. The same fact happened for the asphalt concrete material used in the pavement of site 1. For site 2, the backcalculated modulus indicated asphalt concrete stiffness dependent on the vertical surface stress increment at the center of the load plate. 

References

Ali, N.A. & Khosla, N.P. 1981, 'Determination of Layer Modulus Using a Falling Weight Deflectometer', Transportation Research Record, no. 1043, pp. 1-10.

AASHTO - American Association of Highway and Transportation Officials 1993, AASHTO Guide for Design of Pavement Structures, 1st edn, Washington.

ASTM - American Society for Testing and Materials 2020a, D4695-03: Standard guide for general pavement deflection measurements, West Conshohocken.

ASTM - American Society for Testing and Materials 2020b, D4694-09: Standard test method for deflections with a Falling-Weight-Type Impulse Load Device, West Conshohocken.

Balbo, J.T. 2007, Pavimentação Asfáltica: materiais, projeto e restauração, Oficina de Textos, São Paulo.

Bernucci, L.B., Motta, L.M.G., Cerati, J.A.P. & Soares, J.B. 2010, Pavimentação Asfáltica: Formação básica para engenheiros, Petrobras Abeda, Rio de Janeiro.

Bueno, L.D. 2016, 'Avaliação Defloctométrica e de Rigidez: Estudo de Caso em Três Trechos Monitorados em Santa Maria/RS', Master thesis, Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul.

Bueno, L.D. 2019, 'Contribuição para a previsão empírico-mecanicista da irregularidade longitudinal e seus desdobramentos econômicos em pavimentos asfálticos', PhD thesis, Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul.

Bueno, L.D., Pereira, D.S., Specht, L.P., Pinheiro, G.S. & Taffe Junior, E. 2020, 'Retroanálise de módulos de resiliência: aspectos inerentes ao processo iterativo de ajuste de bacias deflectométricas', Revista CIATEC – UPF, vol. 12, no. 1, pp. 36-50.

Bush III, A.J. & Alexander, D.R. 1985, 'Pavement Evaluation Using Deflection Basin Measurements and Layered Theory', Transportation Research Record, no. 1022.

DER-SP - Departamento de Estradas de Rodagem do Estado de São Paulo 2006, IP-DE-P00/003: Avaliação funcional e estrutural de pavimento, São Paulo.

DNER - Departamento Nacional De Estradas E Rodagem 1979, PRO 011/79: Avaliação Estrutural de Pavimentos Flexíveis, Rio de Janeiro.

Franco, F.A.C.P. & Motta, L.M.G. 2020, Execução de Estudos e Pesquisa para Elaboração de Método Mecanístico – Empírico de Dimensionamento de Pavimentos Asfálticos, Manual de Utilização do Programa MeDiNa, Projeto DNIT TED nº 682/2014, Processo nº 50607.002043/2013-00, Rio de Janeiro.

Hoffman, M. S & Thompson, M. R. 1982, 'Backcalculating Non-linear Resilient Modulus from Deflection Data', Transportation Research Record, no. 852.

Huang, Y. H. 2004, Pavements analysis and design, 2nd edn, Prentice-Hall, New Jersey.

Lytton, R.L. & Smith, R.E. 1985, 'Use of Nondestructive Testing in the Design of Overlays for Flexible Pavements', Transportation Research Record, no. 1007, pp. 11-20.

Macêdo, J.A.G. 1996, 'Interpretação de ensaios deflectométricos para avaliação estrutural de pavimentos flexíveis', PhD thesis, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Motta, L.M.G. 1991, 'Método de dimensionamento de pavimentos flexíveis: critério de confiabilidade e ensaios de cargas repetidas', PhD thesis, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

Rocha Filho, N.R. 1996, 'Estudo de técnicas para a avaliação estrutural de pavimentos por meio de levantamentos deflectométricos', Master thesis, Instituto Tecnológico de Aeronáutica, São José dos Campos.

Santos, M.S. 2015, 'Desenvolvimento de modelos de previsão de desempenho a partir da implantação de trechos monitorados na região de Santa Maria', Master thesis, Universidade Federal de Santa Maria, Rio Grande do Sul.

Santos, T.A., Specht, L.P., Pinheiro, R.J.B., Ceratti, J.A.P. & Brito, L.A.T. 2019, 'Avaliação da Resistência e da Deformação Resiliente de Quatro Solos de Subleitos Rodoviários no estado do Rio Grande do Sul', Revista Transportes, vol. 27, no. 1, pp. 48-64, DOI:10.14295/transportes.v27i1.1531

Silva, P.D.E.A., Motta, L.M.G. & Pinto, S. 2006, 'Análise da não linearidade dos módulos de resiliência obtidos em ensaios triaxiais dinâmicos e de ensaios deflectométricos com o FWD realizados na rodovia BR010/PA', 37ª Reunião Anual de Pavimentação, Goiânia.

Ullidtz, P. & Stubstad, R.N. 1985, 'Analytical-Empirical Pavement Evaluation Using the Falling Weight Deflectometer', Transportation Research Record, no. 1022.

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Published

2023-06-20

Issue

Section

Geology