Promotie A. Alipour: asfalt

19 juni 2017 | 10:00
plaats: Aula, TU Delft
door Webredactie

Computational Modelling of Compaction in Asphaltic Mixtures and Geomaterials. Promotor: Prof.dr. A. Scarpas (CiTG).

Asfaltmengsels zijn heterogene composietmaterialen bestaande uit toeslagstoffen gevat in een asfaltkleefmiddel. De wijze waarop asfaltverharding op de lange termijn presteert, is sterk afhankelijk van de mechanische eigenschappen van het asfaltmengsel tijdens het leggen ervan (mengen en verdichten) en tijdens het gebruik; onvoldoende verdichting van het mengsel versnelt de diffusie van vocht en zuurstof, veroorzaakt het ontstaan van rafeling en permanente vervorming en verlaagt de vermoeiingsweerstand.
Doorgaans beslist de aannemer van het werk op basis van laboratoriumtesten of ervaring welke mate van verdichting de asfaltlaag vereist. Beide technieken kennen onzekerheden en leveren niet per definitie optimale oplossingen in termen van tijd, kosten en kwaliteit. Als alternatief kan de aannemer voorafgaand aan het werk een voorspellend model gebruiken dat de invloed schat die alle belangrijke parameters uitoefenen op de verdichtingscurve. Dat stelt de aannemer in staat om een realistischer verdichtingspatroon te plannen.
Dit proefschrift richt zich op het ontwikkelen van nieuwe constitutieve modellen voor het simuleren van (a) het verdichtingsproces van asfaltmaterialen en (b) de eigenschappen van ongebonden toeslagstoffen zonder trekvastheid. Als onderzoeksmethode voor de ontwikkeling van het verdichtingsmodel is gekozen voor een spiraalmethode met vier hoofdfasen. In deze fasen komen de verschillende invloeden aan bod die het asfaltmengsel ondergaat tijdens het verdichtingsproces (Hoofdstuk 1). Deze aanpak is het belangrijkste aspect waarop dit verdichtingsmodel zich onderscheidt van eerder onderzoek naar hetzelfde onderwerp.
De eerste ontwikkelingsfase van het verdichtingsmodel behandelt het elastoplastisch gedrag van de toeslagstoffen als hoofdbestanddeel van het asfaltmengsel. In verband hiermee is een nieuw vloeioppervlak geformuleerd dat rekening houdt met de drukafhankelijkheid en de schuifsterkte van de toeslagstoffen. Deze formule is daarna in een elastoplastisch algoritme geïmplementeerd. Daarnaast is een isotrope verhardingswet afgeleid waarin de uitbreiding van het vloeioppervlak en de materiaalverharding zijn meegenomen (Hoofdstuk 2).
De tweede ontwikkelingsfase van het verdichtingsmodel richt zich op de effecten die cyclische belastingen veroorzaken in toeslagstoffen. Daarbij wordt voor het grensoppervlak een soortgelijke formule gebruikt als voor het vloeioppervlak in Hoofdstuk 2, en in een algoritme voor de cyclische plasticiteit geïmplementeerd (Hoofdstuk 3).
De derde ontwikkelingsfase van het verdichtingsmodel heeft betrekking op de visco-elastische eigenschappen van het asfaltkleefmiddel als onderdeel van het asfaltmengsel. Hiervoor werd een algoritme ontwikkeld op basis van quasi-lineaire visco-elasticiteit in een uitgebreide spanningsmatrix om het gedrag van het asfaltkleefmiddel te simuleren bij verschillende temperaturen (Hoofdstuk 4).
De vierde ontwikkelingsfase van het verdichtingsmodel combineert de algoritmes voor elastoplasticiteit, cyclische plasticiteit en visco-elasticiteit volgens de mengseltheorie. Daarnaast komt de invloed aan de orde die de temperatuur heeft op de mechanische eigenschappen van de stoffen in het asfaltmengsel en op de verschillende soorten verharding die het mengsel ondergaat tijdens het verdichten (Hoofdstuk 5).
Het ontbreken van treksterkte in de ongebonden toeslagstoffen wordt gesimuleerd door een aangepaste deformatie-energiefunctie van een hyperelastisch materiaal te gebruiken. De resultaten geven aan dat gebruik van een model zonder treksterkte in plaats van een elastisch model voor het voorspellen van het gedrag van ongebonden toeslagstoffen in de basislaag, grote invloed heeft op de (in simulaties voorspelde) algemene eigenschappen van flexibele verharding (Hoofdstuk 6).
Tot slot beschrijft deze scriptie alternatieve manieren voor het formuleren van nieuwe constitutieve modellen voor asfalt- en geomaterialen (Hoofdstuk 7). Deze modellen kunnen een bijdrage leveren aan de ontwikkeling van softwarepakketten die het mechanisch gedrag tijdens de aanleg van flexibele verharding simuleren.

Meer informatie?
Voor inzage in proefschriften van de promovendi kunt u kijken in de TU Delft Repository, de digitale vindplaats van openbare publicaties van de TU Delft. Proefschriften zullen binnen een paar weken na de desbetreffende promotie in de Repository te vinden zijn.

© 2017 TU Delft

Metamenu