Investigating pavement response to a moving vehicle: Characterisation of structural properties and direct measurement of structural rolling resistance

I denne afhandling analyseres to vejstrækninger ved målinger for vejafbøjningshældning indsamlet med Traffic Speed Deflectometer (TSD) -teknologien. Vi viser at den strukturelle rullemodstand (SRR) er givet ved afbøjningshældningen direkte under det kørende hjul. Derudover udvikles en simpel vejrespons model og denne fittes til data. Baseret på resultaterne fra model-fittet er strukturelle egenskaber omkring vejen udtrukket. Afhandlingen er inddelt i fire hoveddele:
1) Vi havde til mål at udvikle en ny målemetode til måling af rullemodstand. Ideen bag metoden er, at den tværgående deformation af en ikke-dreven hjulaksel er direkte relateret til rullemodstanden. Denne deformation kan, i princippet, måles ved hjælp af strain gauges. Grundet temperatureffekter i akslen var disse målinger dog ikke konsistente i praksis og målemetoden bør derfor videreudvikles før den kan bruges rutinemæssigt.
2) SRR er fundet for to vejstrækninger ved at estimere afbøjningshældningen direkte under belastningen gennem en lineær interpolation imellem de to nærmeste datapunkter. Metoden giver meget reproducerbare resultater (standard afvigelser fra tre gentaget kørsler på 4-10%) med en god rumlig opløsning. Indflydelsen af temperatur er undersøgt på en omtrent 10 km vejsektion, hvor de målte SRR koefficient værdier variere imellem 0,01% og 0,03% af belastningen ved 18 grader og mellem 0,01% og 0,05% for 35 grader. De fundne værdier er lave sammenlignet med typiske værdier for dæk rullemodstand. Gyldigheden af den lineær interpolationsmetode blev undersøgt ved at sammenligne med resultater hvor simulerede kurver fra en kontinuummodel er brugt. Vi vurdere at metoden giver valide estimater for SRR.
3) Der udvikles en simpel en-dimensionel vejrespons model bestående af en viskoelastisk Euler-Bernoulli bjælke på toppen af et Pasternak fundament. En teoretisk undersøgelse af modellen udføres, herunder en sensitivitetsanalyse. Det viser sig at kun opførelsen af asfaltens kompleks modul inde for et område af bølgetal har en påvirkning på det modellerede vejrespons. Dermed kan vi bruge en simple viskoelastisk model til at karakteriserer bjælken, samt beskrive dets påvirkning af hastighed og temperatur.
4) Den simple vejrespons model er fittes til TSD data. Vi vurderer at denne giver et godt fit. Ved at analysere de resulterende bedst estimerede parameterværdier findes en forbindelse imellem observerede ændringer i afbøjningshældnings data og ændringer i vejens strukturelle egenskaber. Overraskende viser det sig, at den dominerende kilde til dæmpning er undergrunden. Det viser sig at top-laget opfører sig næsten elastisk for størstedelen af data. Vi viser at ratioen imellem amplituden på maksimummet og minimummet i afbøjningshældningen kan identificere hvor den mest dominerende kilde til dæmpning findes, inde for rammerne af modellen.
Endeligt præsenteres en pilotundersøgelse til bestemmelse af masterkurver for asfalt kompleks modullet baseret på TSD data målt ved forskellige kørehastigheder og temperaturer. Undersøgelsen viser at det er muligt at udvikle masterkurver der beskriver den viskoelastiske opførsel af asfalten ved at bruge princippet for tid-temperatur superposition TSD data, samt en tilstrækkelig avanceret vejmodel. Til fremtidigt arbejde anbefaler vi en undersøgelse, der involverer mange forskellige vejtemperaturer for at dække et større frekvensområde.