Impacts of Flooding on Asphalt Pavements under Climate Change
Donghui Lu, Susan L. Tighe, Wei-Chau Xie

ABSTRACT
Flooding has been identified as the most frequently occurring natural hazard in Canada. Extreme weather events, such as floods and extreme precipitation events, are increasing in intensity and frequency under climate change. The impact of flooding on asphalt pavements has become a rising concern, since pavements are designed based on historical data, which do not adequately reflect current and future climate. Therefore, a comprehensive understanding of the flooding impacts on pavements is of great importance for improving their resilience.
The objective of this study is to establish an assessment framework for the impacts of flooding on asphalt pavements through fragility analysis, and conduct case study to illustrate the approach. Flood characteristics, pavement damage patterns, damage components, and performance impact factors are investigated. Thirty-six extreme precipitation scenarios with various magnitudes, durations, and numbers of event cycles are loaded to two typical asphalt pavement structures in Southern Ontario by using MEPDG. Then, probabilistic pavement fragility modeling method is developed for generating fragility functions, which integrate flood hazards, pavement structure, pavement performance, and damage states. Results show that the loss of pavement life is not negligible due to extreme events. Fragility functions and curves are able to demonstrate the probability of exceeding certain pavement damage given flood hazards.

RÉSUMÉ

Les inondations ont été identifiées comme le risque naturel le plus fréquent au Canada. Les phénomènes météorologiques extrêmes, comme les inondations et les précipitations extrêmes, augmentent en intensité et en fréquence dans le cadre des changements climatiques. L'impact des inondations sur les chaussées d'asphalte est devenu une préoccupation croissante, puisque les chaussées sont conçues en fonction de données historiques, qui ne reflètent pas adéquatement le climat actuel et futur. Par conséquent, une compréhension globale des impacts des inondations sur les chaussées est d’une grande importance pour améliorer leur résistance.
L'objectif de cette étude est d'établir un cadre d'évaluation pour les impacts des inondations sur les chaussées d'asphalte grâce à une analyse de fragilité et de mener une étude de cas pour illustrer l'approche. Les caractéristiques d’inondations, les modèles de dommages aux chaussées, les composants des dommages et les facteurs d'impact sur la performance sont étudiés. Trente-six scénarios de précipitations extrêmes de diverses amplitudes, durées et nombre de cycles d'événements sont chargés dans deux structures typiques de chaussées d'asphalte dans le sud de l'Ontario en utilisant le MEPDG. Ensuite, la méthode probabiliste de modélisation de fragilité des chaussées est développée pour générer des fonctions de fragilité, qui intègrent les risques d'inondation, la structure des chaussées, la performance des chaussées et l’état des dégâts. Les résultats montrent que la perte de vie de la chaussée n'est pas négligeable en raison d'événements extrêmes. Les fonctions et les courbes de fragilité sont en mesure de démontrer la probabilité de dépasser certains dommages de chaussées causés par les risques d'inondation.
 

© Canadian Technical Asphalt Association 2017