مدلسازی تاثیر دما و ضخامت آسفالت بر چقرمگی شکست تحت مُد i خالص

با توجّه به افزایش تراکم وسایل نقلیه و به دنبال آن نیاز به احداث راه های جدید، سالانه هزینه هنگفتی صرف طراحی و اجرای روسازی های آسفالتی می گردد. همچنین عوامل متعدّدی از قبیل شرایط اقلیمی و وضعیت ترافیکی گوناگون جاده ها، به‌مرورزمان باعث ایجاد ترک هایی در سطح جاده می گردند که هزینه هایی نیز صرف تعمیر و نگهداری آن می شود. ترک حرارتی یکی از حالت های شدید خرابی در مناطق سرد است. انتشار و رشد بیشتر در چنین ترک هایی ممکن است به دلیل تنش های کششی حرارتی ناشی از نوسانات دما رخ دهد که می تواند منجر به بروز شکست در روسازی آسفالتی تحت مود i خالص گردد. در این تحقیق سعی شده است که با تعیین چقرمگی شکست (𝑲𝑰𝑪) به‌عنوان یک عامل اصلی جهت تخمین ظرفیت باربری روسازی های ترک‌خورده در برابر رشد ترک به بررسی مقاومت مخلوط های آسفالتی تحت مود i در دماهای پایین پرداخته شود. بدین منظور پس از ساخت مخلوط های آسفالتی با قیر 70-60، نمونه های نیم دیسک با ترک موثر به عمق 23 میلی‌متر در سه ضخامت 35، 50 و 65 میلی‌متر تهیّه گردید. سپس با انجام آزمایش شکست در سه دمای زیر صفر (5 15 و 25 درجۀ سانتی‌گراد) و محاسبه میزان چقرمگی شکست با استفاده از بار بحرانی شکست، اطلاعات به دست آمده مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج کلّی بیانگر آن بود که افزایش ضخامت نمونه ها و همچنین کاهش دما باعث افزایش در میزان چقرمگی شکست می گردد. درنهایت با استفاده از نرم افزار متلب، مدلی جهت تخمین مقدار چقرمگی شکست آسفالت بر اساس دو پارامتر دما و ضخامت نمونه ارائه گردید. مشخص شد که مدل ارائه شده می تواند مقدار چقرمگی شکست در مخلوط آسفالتی تهیّه شده در تحقیق حاضر را در محدودۀ دمایی و ضخامت های مورد مطالعه، به خوبی پیش بینی نماید.

Developing a Model for the Effect of Temperature and Thickness of Asphalt Mixture on Fracture Toughness under Pure Mode I

A huge amount of money is spent every year on designing and constructing of asphalt pavements due to an increase in the number of vehicles and, consequently, a higher demand for constructions of new roads. In addition, overtime, different factors such as severe climates and roads traffic conditions create cracks on the road surface that also require spending money on roads maintenance. Thermal cracking is one of the major distress types in the cold regions. Further propagation of such cracks may occur because of tensile thermal stresses induced by temperature fluctuations which can result in pure mode I fracture mechanism in the asphalt pavement. This study aims to determine fracture toughness ( ) as a fundamental parameter for estimating the load bearing capacity of cracked pavements against crack propagation under mode I cracking in low temperatures. To this end, the asphalt mixtures were manufactured with AC 60/70 bitumen. Semicircular bending (SCB) specimens with effective crack length (a=23 mm) have been prepared in three thickness (35, 50 and 65 mm). We collected data with conducting the fracture tests at three subzero temperatures (5°C, 15°C and 25°C) and calculating the fracture toughness values using fracture loads. The results indicated that, in general, increasing speciments thickness and decreasing temperature increase fracture toughness. Finally, using MATLAB software, a model was developed to estimate the asphalt fracture toughness according to the two parameters of temperature and specimens thickness. It was determined that the proposed model can predict the values of fracture toughness in asphalt mixtures prepared on present study at the temperature and thickness range of the research.