The non-destructive measurement of deflection basins has come a long way from measuring only maximum deflection or radius of curvature and using empirical relationships in rehabilitation design. New equipment was developed world-wide and analysis techniques moved towards utilising the full deflection basin in fundamental analysis procedures. This author addressed the problem of a proper description of the full deflection basin by doing a detailed literature survey on this subject. Various deflection basin parameters that describe the deflection basin are listed, as well as the various measuring apparatus related to them. The apparatus are all discussed in detail and related to the equipment available in South Africa. The measurement of deflection basins with the road surface deflectometer (RSD) under accelerated testing with the fleet of heavy vehicle simulators (HVSs) are described in detail. An improved data manipulation procedure is proposed which simplifies the calculation of all the deflection basin parameters found in literature. Various models to fit the measured deflection basins are also investigated in an effort to describe the deflection basin in full too. The measured deflection basin parameters of a bitumen, granular, cemented and light structured granular base pavement are discussed in detail as being tested with the fleet of HVS's. It is shown how the deflection basin parameters reflect the structural capacity of the various layers and behaviour states. A more accurate description of the behaviour states is made possible with the proposal of ranges for the various behaviour states for these deflection basins selected. A literature study was carried out to investigate the various analysis procedures that use measured deflection basins as basic input in the characterization of materials. On the basis of this study, linear elastic programmes were used to calculate effective elastic moduli for each pavement layer, using measured deflection basins as input. The possibility to relate typical distress determinants to measured deflection basins were investigated in the literature. Based on this, typical South African flexible pavement structures were analysed mechanistically and typical design curves were established for typical bitumen and. granular base pavements. The effect of overlays were investigated too, resulting in typical overlay design curves. In the final chapter the author endeavours to summarise the research by indicating how deflection basins can be measured and enhance the South African mechanistic rehabilitation design process. Only the latter rehabilitation design procedure is discussed with specific reference to the enhancement of the behaviour state identification, material characterization, analysis procedure and rehabilitation design with measured deflection basin parameters. The author ends off by giving an indication of the future research need in this field of deflection basins. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2010. / Civil Engineering / unrestricted

The asphalt mixtures are commonly used as surface course of highways to ensure the security and comfort for road users. The asphalt mixtures may also be used as intermediate layers of pavement structure, providing better resistance to traffic loads. Thus, the occurrence of distresses can be reduced, increasing the time between pavement maintenance interventions. Large Stone Asphalt Mixtures (LSAM) are a promising rehabilitation solution for pavements that show rutting as the main distress under heavy traffic situations. Though their use is not new, the study of their viscoelastic properties and performance in the field are still unexplored. This thesis presents a brief literature review about the historical use of LSAM around the world, as well as some relevant characteristics for its design. The evaluation of different mixture design methods was performed before the construction of experimental test site with LSAM as the leveling course. The asphalt mixtures mechanical behavior was characterized using dynamic modulus test, flexural bending fatigue test, tension-compression fatigue test and the LCPC wheel track test. The rehabilitated pavement was monitored through a period of one year and a half, using the falling weight deflectometer and rutting measurements. A finite-layer software (3D-Move Analysis) was used to simulate the structures using dynamic analysis, under different temperatures and traffic speeds, considering the viscoelastic properties of the asphalt mixtures obtained in laboratory. The results from the computer simulations can be used as a guide for the design and analysis of the pavement structure and pavement performance. Thus far, the use of LSAM in the rehabilitated test sections was successful compared to the previous rehabilitation solutions tested in the field, showing no permanent deformation after one year of service life. / O concreto asfáltico é comumente utilizado no Brasil como camada de rolamento em rodovias para garantir a segurança e o conforto dos usuários da via. No entanto, misturas asfálticas também são utilizadas como camadas intermediárias na estrutura do pavimento, atribuindo maior resistência às solicitações do tráfego. Assim, a ocorrência de defeitos pode ser reduzida, aumentando o intervalo entre as intervenções de manutenção do pavimento. Large Stone Asphalt Mixture (LSAM) é uma solução promissora para restauração de pavimentos asfálticos sob tráfego pesado que apresentem, como principal defeito, a deformação permanente em trilha de roda. Embora a sua utilização não seja recente, o estudo das propriedades viscoelásticas e do seu comportamento em campo ainda é pouco explorado. Esta dissertação apresenta uma breve revisão da literatura quanto ao histórico de uso das misturas LSAM ao redor do mundo, assim como características relevantes para a dosagem das mesmas. A avaliação de diferentes métodos de dosagem foi necessária antes da construção de um trecho experimental com a aplicação da LSAM como camada de ligação, onde tal mistura foi caracterizada mecanicamente por meio do ensaio de módulo dinâmico, ensaio de fadiga a flexão em quatro pontos, ensaio de fadiga a tração direta e ensaio de deformação permanente no simulador de tráfego francês LCPC. O pavimento restaurado foi monitorado por um período de um ano e meio com ensaios de \"Falling Weight Deflectometer\" e de afundamento de trilha de roda. As respostas do pavimento submetido a cargas dinâmicas foram analisadas por meio de um software que utiliza o método de camadas finitas (3D-Move), considerando as camadas asfálticas com comportamento viscoelástico linear sob diferentes velocidades de tráfego e temperaturas de análise. Os resultados poderão ser usados como referência para o dimensionamento e a análise das estruturas de pavimento compostas por camada de LSAM e para a avaliação do desempenho do mesmo. O uso da LSAM na restauração das seções experimentais foi bem sucedido quando comparado às restaurações realizadas anteriormente com outras soluções, não apresentando deformação permanente após mais de um ano de vida de serviço.

The asphalt mixtures are commonly used as surface course of highways to ensure the security and comfort for road users. The asphalt mixtures may also be used as intermediate layers of pavement structure, providing better resistance to traffic loads. Thus, the occurrence of distresses can be reduced, increasing the time between pavement maintenance interventions. Large Stone Asphalt Mixtures (LSAM) are a promising rehabilitation solution for pavements that show rutting as the main distress under heavy traffic situations. Though their use is not new, the study of their viscoelastic properties and performance in the field are still unexplored. This thesis presents a brief literature review about the historical use of LSAM around the world, as well as some relevant characteristics for its design. The evaluation of different mixture design methods was performed before the construction of experimental test site with LSAM as the leveling course. The asphalt mixtures mechanical behavior was characterized using dynamic modulus test, flexural bending fatigue test, tension-compression fatigue test and the LCPC wheel track test. The rehabilitated pavement was monitored through a period of one year and a half, using the falling weight deflectometer and rutting measurements. A finite-layer software (3D-Move Analysis) was used to simulate the structures using dynamic analysis, under different temperatures and traffic speeds, considering the viscoelastic properties of the asphalt mixtures obtained in laboratory. The results from the computer simulations can be used as a guide for the design and analysis of the pavement structure and pavement performance. Thus far, the use of LSAM in the rehabilitated test sections was successful compared to the previous rehabilitation solutions tested in the field, showing no permanent deformation after one year of service life. / O concreto asfáltico é comumente utilizado no Brasil como camada de rolamento em rodovias para garantir a segurança e o conforto dos usuários da via. No entanto, misturas asfálticas também são utilizadas como camadas intermediárias na estrutura do pavimento, atribuindo maior resistência às solicitações do tráfego. Assim, a ocorrência de defeitos pode ser reduzida, aumentando o intervalo entre as intervenções de manutenção do pavimento. Large Stone Asphalt Mixture (LSAM) é uma solução promissora para restauração de pavimentos asfálticos sob tráfego pesado que apresentem, como principal defeito, a deformação permanente em trilha de roda. Embora a sua utilização não seja recente, o estudo das propriedades viscoelásticas e do seu comportamento em campo ainda é pouco explorado. Esta dissertação apresenta uma breve revisão da literatura quanto ao histórico de uso das misturas LSAM ao redor do mundo, assim como características relevantes para a dosagem das mesmas. A avaliação de diferentes métodos de dosagem foi necessária antes da construção de um trecho experimental com a aplicação da LSAM como camada de ligação, onde tal mistura foi caracterizada mecanicamente por meio do ensaio de módulo dinâmico, ensaio de fadiga a flexão em quatro pontos, ensaio de fadiga a tração direta e ensaio de deformação permanente no simulador de tráfego francês LCPC. O pavimento restaurado foi monitorado por um período de um ano e meio com ensaios de \"Falling Weight Deflectometer\" e de afundamento de trilha de roda. As respostas do pavimento submetido a cargas dinâmicas foram analisadas por meio de um software que utiliza o método de camadas finitas (3D-Move), considerando as camadas asfálticas com comportamento viscoelástico linear sob diferentes velocidades de tráfego e temperaturas de análise. Os resultados poderão ser usados como referência para o dimensionamento e a análise das estruturas de pavimento compostas por camada de LSAM e para a avaliação do desempenho do mesmo. O uso da LSAM na restauração das seções experimentais foi bem sucedido quando comparado às restaurações realizadas anteriormente com outras soluções, não apresentando deformação permanente após mais de um ano de vida de serviço.