Backcalculation of elastic moduli of elements of layered halfspace on the basis of dynamic deformation analysis (by the example of highways)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper is devoted to the improvement of the method of inverse calculation of elasticity moduli of layers of motorway pavements in the dynamic setting, which involves the analysis of deformation characteristics in the time domain. To solve this problem, the mathematical model of a layered half-space is adapted to the calculation of amplitude-time characteristics of deformation on the surface of the layered medium, and the construction of the corresponding bowls of maximum values of vertical displacements. Adjustment of the calculated values of vertical displacements with respect to the registered experimental displacements in the field was performed. The correspondence between the final values of maximum vertical displacements, amplitude and time characteristics on the surface of the layered medium, and the shapes and areas of dynamic hysteresis loops on the surface of the investigated medium, achieved by adjusting the calculated characteristics relative to the experimental ones, has been demonstrated. For the first time in solving the problem of determining the mechanical parameters of a layered medium, it was proposed to consider dynamic hysteresis loops as one of the parameters characterising them and the correspondence of their calculated and experimental areas as a criterion of the adequacy of the achieved result.

About the authors

A. N. Tiraturyan

Don State Technical University

Author for correspondence.
Email: tiraturjan@list.ru
Russian Federation, 344000, Rostov-on-Don, Gagarin Square, 1

References

  1. Vatulyan A.O. Coefficient inverse problems of thermomechanics. Rostov-on-Don, Taganrog: Southern Federal University, 2022. 178 p.
  2. Vatulyan A.O. To the theory of inverse problems in linear mechanics of a deformable body // Applied Mathematics and Mechanics. 2010. V. 74. No. 6. P. 909—916.
  3. Vatulyan A.O., Gukasyan L.S., Nedin R.D. On the Cauchy problem in the theory of coefficient inverse problems for elastic bodies // Vladikavkazskiy Mathematical Journal. 2016. V. 18. No. 2. P. 31—40.
  4. Wu C. Asphalt pavement modulus backcalculation using surface deflections under moving loads // Computer — Aided Civil and Infrastructure Engineering. 2020. V. 35. No. 11. P. 1246—1260.
  5. Nakhaei M., Timm D.H. A new methodology to improve backcalculation of flexible pavements with stabilized foundations // Construction and Building Materials. 2023. V. 368. P. 130405.
  6. Elbagalati O., Mousa M., Elseifi M.A., Gaspard K., Zhang Z. Development of a methodology to backcalculate pavement layer moduli using the traffic speed deflectometer // Canadian Journal of Civil Engineering. 2018. V. 45. No. 5. P. 377—385.
  7. Chou Y.J., Lytton R.L. Accuracy and consistency of backcalculated pavement layer moduli // Transportation research record. 1991. V. 1293. P. 72—85.
  8. Harichandran R.S. Modified Newton algorithm for backcalculation of pavement layer properties // Transportation Research Record. 1993. V. 1384. P. 15.
  9. Bayrak M.B., Guclu A., Ceylan H. Rapid pavement backcalculation technique for evaluating flexible pavement systems // Proceedings of the Mid Continent Transportation Research Symposium, Iowa. 2005. С. 319—326.
  10. Guzina B.B., Osburn R.H. Effective tool for enhancing elastostatic pavement diagnosis // Transportation Research Record. 2002. V. 1806. No. 1. P. 30—37.
  11. Fu G. Xue C., Zhao Y., Cao D., Alae M. Accuracy evaluation of statically backcalculated layer properties of asphalt pavements from falling weight deflectometer data // Canadian Journal of Civil Engineering. 2020. V. 47. No. 3. P. 317—325.
  12. Lee Y.H., Ker H.W., Lin C.H., Wu P.H. Study of backcalculated pavement layer moduli from the LTPP database // Journal of Applied Science and Engineering. 2010. V. 13. No. 2. P. 145—156.
  13. Sampei T., Matsui K., Inoue T. Comparative Study on Methods of Backcalculation for Pavement Structure // Doboku Gakkai Ronbunshu. 1992. V. 1992. No. 442. P. 237—240.
  14. Gopalakrishnan K., Papadopoulos H. Reliable pavement backcalculation with confidence estimation // Scientia Iranica. 2011. V. 18. No. 6. P. 1214—1221.
  15. Stubstad R.N., Jiang Y.J., Lukanen E.O. Review of the long-term pavement performance backcalculation results. United States. Federal Highway Administration. Office of Infrastructure Research and Development, 2006. № HRT-05-150.
  16. Chatti K. Enhanced analysis of falling weight deflectometer data for use with mechanistic-empirical flexible pavement design and analysis and recommendations for improvements to falling weight deflectometers. Turner-Fairbank Highway Research Center, 2017. № FHWA-HRT-15-063.
  17. Flores J.M., Lee H.J., Elipse C., Lee W., Kim K., Baek J. Dynamic backcalculation approach of deflections obtained from the rolling dynamic deflectometer: Fundamental theory // Journal of Transportation Engineering. Part B: Pavements. 2021. V. 147. No. 1. P. 04020089.
  18. Wang Y., Zhao Y., Zhang M., Fu G. Influence of bedrock on the dynamic deflection response and dynamic back-calculation results of asphalt pavement: Insights from the numerical simulation of falling weight deflectometer tests // Construction and Building Materials. 2022. V. 330. P. 127252.
  19. Chatti K., Kutay M. E., Lajnef N., Zaabar I., Varma S., Lee H. Enhanced analysis of falling weight deflectometer data for use with mechanistic-empirical flexible pavement design and analysis and recommendations for improvements to falling weight deflectometers. Turner-Fairbank Highway Research Center, 2017. № FHWA-HRT-15-063.
  20. Nasr C. Development of Seed Variables Prediction Models for Use in Dynamic Backcalculation of FWD Data: Lebanese American University, 2022.
  21. Madsen S.S., Levenberg E. Dynamic backcalculation with different load-time histories // Road Materials and Pavement Design. 2018. V. 19. No. 6. P. 1314—1333.
  22. Beskopylny A., Lyapin A., Andreev V. Layered structures mechanical properties assessment by dynamic tests // MATEC Web of Conferences. EDP Sciences. 2017. V. 117. P. 00018.
  23. Tiraturyan A.N., Lyapin A.A., Uglova E.V. Improvement of the nondestructive method for determining the mechanical characteristics of the elements of multilayer structures on the example of road pavements // Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Mechanics. 2023. No. 1. P. 56—65. doi: 10.15593/perm.mech/2023.1.06
  24. Babeshko V.A., Glushkov E.V., Zinchenko J.F. Dynamics of inhomogeneous linear-elastic media. Moscow: Nauka, 1989. 343 p.
  25. Bochkarev A.V., Zemlyanukhin A.I. Inverse calculation of layer-by-layer moduli of elasticity of road pavements // Bulletin of Saratov State Technical University. 2022. No. 3 (94). P. 5—18.
  26. Bochkarev A.V. Reliability analysis of the inverse calculation of the elastic parameters of road pavements // Avtomobil. Road. Infrastructure. 2022. No. 3 (33). P. 5.
  27. Tiraturyan A.N., Uglova E.V., Lyapin A.A. Energy method for determining the residual life of non-rigid road pavements at the operation stage // Defectoscopya. 2020. No. 10. P. 71—80. doi: 10.31857/S0130308220100073

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».