Service technique de l’aviation civile •Navneet Garg, PhD : FAA William J. Hughes Technical Center •David BRILL PhD : FAA William J. Hughes Technical Center •Jean-Noël THEILLOUT : DGAC/STAC Comparison of U.S. and French Airport Pavement Design Procedures Comparison of U.S. and French Airport Pavement Design Procedures
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Comparison of U.S. and French Airport Pavement Design ... · CBR 3 CBR 8 CBR 15. 17 juin 2011 Journée technique du STAC 19 Service technique de l’aviation civile Fichier de sortie
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Service technique de l’aviation civile
•Navneet Garg, PhD : FAA William J. Hughes Technical Center
•David BRILL PhD : FAA William J. Hughes Technical Center
•Jean-Noël THEILLOUT : DGAC/STAC
Comparison of U.S. andFrench Airport Pavement
Design Procedures
Comparison of U.S. and French Airport PavementDesign Procedures
17 juin 2011 2Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Outline of Presentation
♣Summary of Previous FAA/STAC CooperationMeeting.
♣Correlation of material libraries from Alize-Airfieldto FAARFIELD and vice-versa.
♣Progress on Laboratory Testing and MaterialComparisons.
17 juin 2011 3Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Summary of Previous FAA/STACCooperation Meeting
♣Meeting held June 9-10, Bonneuil-sur-Marne, France.
♣Agreement on common objectives in three areas:
17 juin 2011 4Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Correlation of MaterialLibraries
♣Related to cooperative material testing program currently inprogress.
♣Cross-referencing should be based on a correctunderstanding of the relevant material specifications &standards (i.e., not just on matching E-moduli).
♣Relevant materials:_ FAA: AC 150/5370-10E, AC 150/5320-6E, ASTM standards
_ LCPC/STAC:
λ French Design Manual for Pavement Structures – Guide technique.
λ Guide to Application of Standards (GAN) – Bituminous mixtures and surfacedressings for airport pavements (2009).
λ Relevant NF EN series European standards.
17 juin 2011 5Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Preliminary Cross-ReferenceTable
17 juin 2011 6Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Comparison of Aggregate GradationsP-401 versus French Surface and Base Mixes
Surface, _ in. Max.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5
Sieve Size (mm) ^ (0.45)
Pe
rce
nt
Pa
ssin
g
EB14-BBA Type C class 3, surface (low) EB14-BBA Type C class 3, surface (high)
P-401 3/4 max (low) P-401 3/4 max (high)
Surface, _ in. Max.
0
10
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30
40
50
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0 1 2 3 4 5
Sieve size (mm) ^ 0.45
Pe
rce
nt
Pa
ssin
g
EB10-BBA Type C class 3, surface (low) EB10-BBA Type C class 3, surface (high)
P-401 1/2 max (low) P-401 1/2 max (high)
0
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0 1 2 3 4 5
Sieve Size (mm) ^ 0.45
Pe
rce
nt
Pa
ssin
g
EB14-GB class 3, base (low) EB14-GB class 3, base (high)
P-401 3/4 max (low) P-401 3/4 max (high)
Base, _ in. Max.
0
10
20
30
40
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60
70
80
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0 1 2 3 4 5
Sieve Size (mm) ^ (0.45)P
erc
en
t P
assin
g
EB20-GB class 3, base (low) EB20-GB class 3, base (high)
P-401 1" max (low) P-401 1" max (high)
Base, 1 in. Max.
17 juin 2011 7Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Outline of Presentation
♣Summary of Previous FAA/STAC CooperationMeeting.
♣Correlation of material libraries from Alize-Airfieldto FAARFIELD and vice-versa.
♣Progress on Laboratory Testing and MaterialComparisons.
17 juin 2011 8Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Progress on LaboratoryTesting
•U.S. material samples receivedby STAC April 2011:– (2) Econocrete (lean concrete)
% Passing - French Aggregates P-209 Spec Min P-209 Spec Max
17 juin 2011 12Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Logiciel US: FAARFIELD devienten septembre 2009 le logiciel dedimensionnement des chaussées
(AC 150/5320-6E)
Logiciel français: ALIZE-Aéronautiquen’est pas encore opérationnel pour ledimensionnement mais il est utilisé àdes fins de recherche et d’expertise
17 juin 2011 13Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Principales améliorations
Prise en compte du trafic:nécessité de recourir à desprocédures pour se ramener àune charge simple ou un avion
Le trafic peut-être entièrement pris encompte
Balayage latéral: la prise encompte du balayage estindépendante
US: le recouvrement (Pass-to-coverageratio) dépend de l’épaisseur de lastructure; le balayage latéral est fixé àσ=0.775m (30.5 in.)FR: Les contraintes sont calculées entous points et pour toutes les positionsdes aéronefs
Introduction de :-L’analyse élastique multicouche-De l’endommagement (cumul des dommagesuivant la loi de Miner)
• Cumul des dommages=Σ (ni/Ni)
•ni nombre de recouvrement i•Ni nombre admissible de recouvrement
La chaussée est prise encompte suivant un modèle deBoussinesq
Méthode CBR Méthode rationnelle
17 juin 2011 14Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Principales améliorations
Critères de rupture:- Contrainte verticale decompression au sommet du solsupport
Critères de rupture:- Contrainte de traction horizontale àla base des coucheshydrocarbonées- Contrainte verticale decompression au sommet du solsupport
Les données matériaux sont lesmodules d’élasticité et les coefficientsde Poisson.•Possibilité d’introduire des matériauxnouveaux ou de nouvelle pratiques deconstruction•Possibilité de prendre en compte lafatigue de matériaux, les effetssaisonniers et journaliers ainsi que lavitesse de chargement
Définit une épaisseur équivalenteprotéger le sol support.La structure de chaussée estdéduite de cette épaisseuréquivalente
Méthode CBR Méthode rationnelle
17 juin 2011 15Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Calculmécanique
Modèle de rupture
Contraintes calculées < Contraintes admissibles
Modèlestructurel
Détermination des contraintes admissiblesAnalyse
théorique
DonnéesexpérimentalesApproche empirico-mécanique
Contraintescalculées
Contraintesadmissibles
Choix d’un critèreCalibration
essais
17 juin 2011 16Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Les critère de ruptures sont déterminés par des essais en vraiegrandeur sur les pistes couvertes du National Airport Pavement Test
Facility (Atlantic City, NJ)
Critères de rupture
Les critères de rupture sont déterminés :-Pour les couches d’enrobés par des essais de fatigues-Pour les matériaux non-traité et le sol par des critères issusde l’expérience routière.
17 juin 2011 17Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
0,0001
0,001
0,01
1 10 100 1000 10000 100000 1000000
Nombre de passages (coverages)
ep
sil
on
z
Loi d'endommagement SOL FAARFIELDC<12100
Loi d'endommagement SOL FAARFIELDC>12100
alizé
Sol dans ALIZE
Sol dans FAARFIELD
α = 0.2
α = 0.07
Contraintesadmissibles
Alizé > Faarfield
Epaisseurscalculées
Alizé < Faarfield
Au sommetdu sol
support
Courbe de Wolher
17 juin 2011 18Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
But : mesurer la variation du dimensionnement par variation des paramètres d'entrée (critère sur lesol support : sensibilité de l’endommagement calculé au sommet du sol support par les deux logiciels)
♣ Dans les deux logiciels, l’endommagement est plus sensible aux variations du chargement et auvariation du CBR du sol support qu’à la variation d’autres variables d'entrée (épaisseur et modules descouches de chaussée, nombre de passages d'avions).
♣ Globalement FAARFIELD est plus sensible aux variations des variables d’entrée qu’ALIZE-Aéronautique(ceci peut-être dû à la détermination empirique des critères de rupture du sol support).
Etudes comparatives: 1/ étude de sensibilité
-6.6
-2.7
9
-9.1
5
-2.9
1
-12
.05
-3.1
1
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.55
4.5
1
-3
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.45
-3.4
9
-14
.85
-3.2
5
9.6
4.2
9
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.25
4.4
4
-6.6
5
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7
-6.2
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8
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.4
-2.9
3
-12
.05
-2.8
9
9.4
3.5
9
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.4
3.8
7
-8.3
5
-3.5
3
-20
-15
-10
-5
0
5
10
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20FA
AR
FIE
LD
AL
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FAA
RFI
ELD
AL
IZE
FAA
RFI
ELD
AL
IZE
FAA
RFI
ELD
AL
IZE
FAA
RFI
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FAA
RFI
ELD
AL
IZE
Subg CBR (A320)
Subg CBR (B777)
Subg CBR (4 Aircrafts)
GW-A320 GW-B777 BACThickness
Sen
siti
vity
in
dex
CD
Fsb
g
CBR 3 CBR 8 CBR 15
17 juin 2011 19Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
Fichier de sortie FAARFIED Graphiques ALIZE-Aéronautique
Etudes comparatives : 2/ valeurs calculées
-A charges égales et structures identiques les déformations etcontraintes calculées par les deux programmes sontquasiment identiques-Les déformations correspondent aux déformations mesuréespar les capteurs mis en place dans les chausséesexpérimentales en France (PEP) et aux US (NAPTF)
17 juin 2011 20Journée technique du STACService technique de l’aviation civile
En guise de conclusion
♣Du travail de comparaison reste à faire en ce quiconcerne les chaussées rigides et les chausséesrenforcées.
♣Ces approches basées sur la méthode rationellen’est plus compatible avec les méthodes relatives àla définition de l’ACN des avions et du PCN deschaussées aéronautiques.