Validation of heavy vehicle loading responses and temperature predictions in flexible pavements using field data

It is well established that both traffic-related loading and environmental conditions influence the structural behaviour of pavements. Pavement design methods aim to consider the effect of traffic loading and environmental variables on pavement structure, foresee their changes during the lifetime of the pavement and predict the resulting distresses and pavement life. Newer models are required to further advance the development of pavement design methods. Validations using reliable and representative data are required prior to incorporating these models in pavement design methods. The impact of environmental factors such as temperature, moisture content and freeze-thaw cycles on pavement behaviour have been examined in this doctoral thesis. Furthermore, the impact of increased loading by new long heavy vehicles on low-volume roads subjected to large variations of the environmental conditions has been investigated. The findings presented in this thesis have been based on field data collected on roads that have been and currently are in day-to-day operation. The collected data on mechanical response, temperature, moisture and frost was used to validate models on mechanical behaviour and thermal behaviour, as well as the effect of their interaction in pavement structures. The models developed and validated in this study are aimed to be integrated into a new mechanistic-empirical pavement design framework that is currently under development in Sweden. The work done for this thesis is presented hereby in the form of 5 papers and a short summary part. This thesis is a continuation of a licentiate thesis previously published at KTH Royal Institute of Technology. Part of the material published in the licentiate thesis has been included in this doctoral thesis.
Det är väl känt att både belastning från trafik och klimat påverkar vägars strukturella beteende. Strukturella dimensioneringsmetoder för vägar tar hänsyn till båda dessa belastningar och förutser deras inverkan på nedbrytningsförloppet under dimensioneringsperioden. Nya metoder och modeller är under utveckling som syftar till att utöka och förbättra förutsägelserna av vägars tillståndsförändringar och därmed nedbrytningsprocessen. Dessa modeller behöver valideras mot uppmätta data innan de börjar användas i allmänna dimensioneringsprogram. Denna doktorsavhandling undersöker påverkan av klimatfaktorer så som temperatur, fukt och frys-tö cyklar på vägars strukturella beteende. Dessutom har det undersökts hur långa och tungt lastade fordon påverkar tunna vägkonstruktioner vid olika klimatförhållanden. Avhandlingens slutsatser baseras på jämförelser av fullskaliga försök med tunga fordon som används på vägnätet i dag med beräkningar. Insamlad last- och töjningsdata från sensorer i vägkroppen som belastas med tung trafik samt vägtemperatur, fukt och frost har använts för att validera modeller för att beräkna den uppmätta mekanistiska samt termiska responsen i vägar. De modeller som har utvecklas och validerats har inkluderats i en ny mekanistisk – empirisk vägdimensioneringsmetodik som är under utveckling i Sverige. Resultaten presenteras här i fem artiklar samt i en kort sammanfattande del. Doktorsavhandlingen är en fortsättning av en Licentiatavhandling som tidigare har publicerats vid KTH. Delar av det arbetet är även inkluderat i denna avhandling.