Two solutions to problems: concrete pavement damage and repair from the perspective of design optimization (BIM modeling) and modified concrete materials

Abstract

With the rapid development of the global economy and the accelerated pace of global integration, the pressure on transportation is increasing in all countries of the world, including, of course, in Ukraine. The existing concrete often fails to meet the expected service life and quality, which means that roads have to be rebuilt as well as a lot of road repair work, which undoubtedly increases the government’s financial expenditures and workload. There are a number of ways of solving these problems, the most frequently used and effective of which is the use of computer software for computational simulation of the road construction environment, monitoring and modification of concrete materials. Purpose. The goal of this paper is to start from the above two directions and propose two solutions to solve the problem of simulation of soil characteristics in road construction and optimization of road materials. Methodology. The research methodology is mainly based on theoretical research method and experimental method. Results. The article draws the following two results through theoretical analysis and experimental methods: a model for measuring soil characteristics using LIRA-SAPR software and the possibility and dosage of basalt fiber modified cement concrete. Scientific novelty. This article proposes for the first time a soil property modeling method based on the Winkler Fuss and Pasternak soil models using the software LIRA-SAPR. For the first time, the performance of two specific basalt fibers from China and Ukraine were tested and verified the reinforcing effect and dosage of basalt fibers produced in Ukraine for concrete. Experiments have proven that adding 2% basalt fiber will make cement concrete have better performance. Practical relevance. The proposed modeling methodology helps to optimize the design to ensure structural stability and safety, and the in-depth knowledge of soil conditions helps to plan the construction phases more accurately, which helps to control costs and reduce delays. The response results of concrete modified with basalt fibers can be used in practical projects to enhance pavement strength.

Зі стрімким розвитком світової економіки та прискореними темпами глобальної інтеграції тиск на транспорт зростає в усіх країнах світу, зокрема, звичайно, і в Україні. Наявний бетон часто не відповідає очікуваному терміну експлуатації та якості, що означає потребу реконструкції доріг, а також багато ремонтних робіт, що, безперечно, збільшує фінансові витрати та навантаження держави. Існує низка шляхів вирішення цих проблем, найбільш поширеним і ефективним із яких є використання комп’ютерного програмного забезпечення для обчислювального моделювання середовища дорожнього будівництва, моніторингу та модифікації бетонних матеріалів. Мета. Мета цієї роботи полягає в тому, щоб розпочати із двох вищевказаних напрямів і запропонувати два рішення для розв’язання проблеми моделювання характеристик ґрунту під час будівництва доріг і оптимізації дорожніх матеріалів. Методологія. Методологія дослідження в основному базується на теоретичному й експериментальному методах. Результати. У статті за допомогою теоретичного аналізу й експериментальних методів отримано два результати: модель вимірювання характеристик ґрунту за допомогою програмного забезпечення ЛІРА-САПР, можливість і дозування цементобетону, модифікованого базальтовим волокном. Наукова новизна. У статті вперше запропоновано метод моделювання властивостей ґрунтів на основі моделей ґрунтів Вінклера – Фусса та Пастернака з використанням програмного забезпечення ЛІРА-САПР. Уперше були перевірені характеристики двох конкретних базальтових волокон з Китаю й України та перевірено армувальний ефект і дозування базальтових волокон українського виробництва для бетону. Експерименти довели, що додавання 2% базальтового волокна покращить характеристики цементного бетону. Практична значущість. Запропонована методологія моделювання допомагає оптимізувати конструкцію для забезпечення структурної стабільності та безпеки, а глибоке знання ґрунтових умов дозволяє точніше планувати етапи будівництва, що допомагає контролювати витрати та скорочувати затримки. Результати реакції бетону, модифікованого базальтовими волокнами, можна використовувати у практичних проєктах для підвищення міцності тротуарів.