Aplicabilidad del método de los elementos finitos en el análisis y dimensionamiento de losas JCPC para carreteras de dos carriles

Two-lane road JCPC (Jointed-Plain-Concrete-Pavement) slabs were analyzed and dimensioned using the EverFE 2.25 finite element modeler in order to reproduce the efforts of the pavement slab in a more realistic way. The “Westergaard”-1948 analytical method was used for the validation. With the results of efforts and the number of allowed repetitions of load we can conclude that the designs of JCPC slabs for two lanes do not require the analysis and dimensioning with own weight of the structure, because the percentage of variation is little significant. Therefore, we recommend omitting the density parameter in the analysis to generate a lower computational cost. This study shows us a route to continue analyzing other factors that influence the sizing of rigid pavements. We hope in future investigations to integrate loads of different vehicles and the behaviors produced by the presence of segments and tie bars in transverse and longitudinal joints.Se analizaron y dimensionaron losas planas de concreto con juntas (Jointed-Plain-Concrete-Pavement “JCPC” en inglés) para carreteras de dos carriles por medio del modelador de elementos finitos EverFE 2.25, intentando reproducir de una manera más ajustada a la realidad los esfuerzos del conjunto de losas de pavimento. Para la validación se empleó el método analítico Westergaard 1948. Los resultados de esfuerzos y número de repeticiones de carga permitidos llevaron a concluir que el diseño de losas JCPC para carreteras de dos carriles no requiere el peso propio de la estructura en el análisis y dimensionamiento porque el porcentaje de variación obtenido es poco significativo. Por lo tanto, se recomienda omitir el parámetro densidad en el análisis para generar un coste computacional menor. Este estudio traza una ruta para seguir analizando otros factores que puedan afectar el dimensionamiento de pavimentos rígidos. Se espera en próximas investigaciones integrar cargas de distintos vehículos y los comportamientos producidos por la presencia de dovelas y barras de amarre en juntas transversales y longitudinales

Modelación numérica de losas de concreto hidráulico para pavimentos rígidos considerando la variación de los esfuerzos debido a los gradientes de temperatura

Trabajo de investigaciónMediante el programa de elementos finitos EverFE 2.24 se realizó la modelación numérica de losas de concreto hidráulico utilizando diferentes geometrías y espesores de losa,diferentes posiciones de la carga y diferentes gradientes de temperatura, para evaluar la variación de los esfuerzos en la base de las losas de acuerdo a la variación de los gradientes de temperatura.INTRODUCCIÓN 1. JUSTIFICACIÓN 2. EL PROBLEMA 3. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 4. OBJETIVO GENERAL 5. MARCO REFERENCIAL 6. METODOLOGÍA 7. RESULTADOS 8. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍAEspecializaciónEspecialista en Ingeniería de Pavimento

Análisis del comportamiento de tensiones máximas inducidas en pavimentos rígidos debido al reemplazo parcial de losas

The objective of this study is to analyze the behavior of the maximum stresses induced in concrete slabs as a result of modifications in their geometry. This condition is due to maintenance operations that consider the partial replacement of paving slabs. The analysis is carried out by modeling finite elements of the pavement in sections that consider 2 transversal slabs and 3 longitudinal slabs. A square geometry, traditionally used in Chile, of 3,500 mm (length) x 3,500 mm (width) has been used as the base for each slab. The effect of partial replacement of the central slab by variable lengths in combination with variations in slab thickness of 150 mm, 160 mm, 180 mm and 200 mm has been studied for 3 types of subgrade. The models have been solved by means of finite element analysis and for this the EverFE 2.26 software has been used, which has been widely used for the study of rigid pavements. The maximum stresses induced by the most critical position of the load have been studied, which corresponds to the positioning of the single axle with dual tires on the edge of the slab. The results allow recommending a limit configuration in the partial replacement of slabs in order to control the maximum stresses induced and thereby avoid the reduction of their useful life. The determined increase in the stresses in the slab is between 3.63 and 7.61% and these values allow calculating by fatigue models, a decrease in the total number of load applications of 27% for slab thicknesses of 150mm (K=0.064 MPa/mm) and 14% for slabs of 200mm (K=0.064 MPa/mm) thickness, which is reflected in a reduction in its useful life.El objetivo del presente estudio es analizar el comportamiento de las tensiones máximas inducidas en losas de concreto producto de modificaciones en su geometría. Esta condición se debe a operaciones de mantenimiento que consideran el reemplazo parcial de losas de pavimento. El análisis se realiza mediante la modelación en elementos finitos del pavimento en secciones que consideran 2 losas transversales y 3 losas longitudinales. Se ha utilizado como base una geometría cuadrada, tradicionalmente empleada en Chile, de 3.500 mm (largo) x 3.500 mm (ancho) para cada losa. Se ha estudiado el efecto del reemplazo parcial de la losa central por largos variables en combinación con variaciones en el espesor de la losa de 150 mm, 160 mm, 180 mm y 200 mm para 3 tipos de subrasantes. Los modelos han sido resueltos mediante análisis de elementos finitos y para ello se ha empleado el software EverFE 2.26, que ha sido ampliamente utilizado para el estudio de pavimentos rígidos. Se han estudiado las máximas tensiones inducidas por la posición más crítica de la carga, que corresponde al posicionamiento del eje simple rodado doble en el borde de la losa. Los resultados permiten recomendar una configuración límite en el reemplazo parcial de losas con el fin de controlar las tensiones máximas inducidas y con ello evitar la disminución de su vida útil. El aumento determinado de las tensiones en la losa se encuentra entre 3,63 y 7,61% y dichos valores permiten calcular, mediante modelos de fatiga, una disminución en el número total de repeticiones de carga de 27% para espesores de losas de 150mm (K=0,064 MPa/mm) y de 14% para losas de 200mm (K=0,064 MPa/mm) de espesor, lo que se refleja en una reducción de su vida útil

Aplicación de elementos finitos para el chequeo de losas de concreto hidráulico

Since the human being had the need to move from one place to another quickly and reliably, the pavement is created in order to facilitate the transport of people and goods, deriving various types of structures with their own characteristics. Rigid pavement, due to its properties, has a greater participation in road construction since it provides high resistance in bearing loads, greater durability and little maintenance. Technological development optimizes study, design and construction processes by offering tools that include the use of finite elements, such as EverFe 2.26. This software allows to analyze a rigid pavement structure composed of subgrade, granular subbase and hydraulic concrete slabs, determining forces and deflections caused by friction factors, warping and traffic loads; that, for the object and methodology of the study, two types of scenarios are formulated: 1. Analysis of design parameters for only one slab and 2. Analysis of design parameters for a set of slabs using segments and tie bars. The results given will be a point of comparison to determine maximum efforts and deflections in both scenarios, directly obtaining the justification of the important use of load transmission elements and the essentials of the application of finite elements when designing rigid pavement structures, since the behavior of the same is studied in depth obtaining real results of greater precision.El mundo de los pavimentos, ha cobrado fuerza desde que el ser humano tuvo la necesidad de movilizarse de un lugar a otro de una manera fácil, rápida y confiable para el transporte de personas y/o mercancías. El pavimento rígido; en los últimos años, ha tenido mayor participación en la construcción vial ya que proporciona una alta resistencia en el soporte de cargas, una mayor durabilidad y poco mantenimiento después de construido. Es por ello, que este tipo de pavimento, está siendo objeto de mayor investigación siendo el avance tecnológico, una herramienta que incluye el uso de los elementos finitos para el estudio y diseño de pavimentos rígidos. EverFe 2.26, es el software objeto y método de estudio con el cual; se pretende analizar una estructura de pavimento rígido compuesta por subrasante, subbase granular y losas de concreto hidráulico con el fin de determinar esfuerzos y deflexiones ocasionados por factores de fricción, alabeo y cargas de transito usando dos tipos de escenario: 1. Análisis de Parámetros de diseño para solo una losa y 2. Análisis de parámetros de diseño para un conjunto de losas haciendo uso de las dovelas y barras de amarre. Los resultados dados, serán punto de comparación para determinar esfuerzos y deflexiones máximas en ambos escenarios; obteniendo directamente, la justificación del importante uso de los elementos de transmisión de cargas y lo esencial de la aplicación de elementos finitos a la hora de estudiar el comportamiento de los pavimentos rígidos en la obtención de resultados más precisos y reales.

Diseño de mejoramiento de la carretera a nivel de pavimento flexible tramo Casma – Mojeque, distrito y provincia de Casma, Ancash 2018

El diseño de carreteras es un tema amplio en investigado y estudio, proveniente de la necesidad de las personas al desplazarse y en el proceso mejorar las ciudades de un país, el siguiente proyecto titulado: “Diseño de mejoramiento de la carretera a nivel de pavimento flexible tramo Casma – Mojeque, distrito y provincia de Casma, Ancash 2018”, ha planteado y desarrollado casa uno de los objetivos necesarios para su logro, como son: levantamiento topográfico del lugar de estudio que corresponde a una vía que interconecta la ciudad de Casma con el centro poblado Mojeque y en el trayecto con el Centro poblado San francisco. La mecánica de suelos para la determinación del de suelo predominante, el estudio hidrológico y obras de arte con la intención de determinar los máximos caudales y los tipos cantidad de obras de arte a diseñar, el diseño geométrico de la vía de acuerdo al Manual de Diseño Geométrico de Carreteras 2018 del Ministerio de Transporte y Comunicaciones (MTC), determinando parámetros de diseño, radios de curva, entre otros. El estudio de impacto ambiental para evaluar y determinar los puntos positivos y negativos del proyecto, efectuar los costos y presupuestos del proyecto con la meta de tener el presupuesto total de la obra a ser ejecutada a nivel de pavimento flexible, siendo rentable y auto-sostenible en el tiempo, brindando una utilidad de servicio no menor a lo que indique la norma

Ampliación y diseño del pavimento rígido empleando bagazo como aporte a la resistencia del pavimento, avenida Hermanos Vargas, Longar 2021

Esta tesis que he desarrollado trata de la ampliación y diseño del pavimento rígido incorporando ceniza de bagazo como aporte a la resistencia del pavimento, en el distrito de Longar. Se procedió a realizar el estudio del Índice medio diario anual para conocer las características del tráfico de las vías urbanas, tanto en la cantidad de vehículos como en la cantidad de las cargas ya que es vital para la determinación del espesor del pavimento. Concluido el estudio del IMDA se procedió a analizar los resultados del estudio de mecánica de suelos para conocer las características del suelo y el CBR, una vez obtenido estos resultados se empezó con el diseño de pavimento rígido para la Av. Hermanos Vargas. Finalmente se procedió con el diseño de mezcla, las dosificaciones para la mezcla patrón (mezcla sin adición de ceniza de bagazo de caña de azúcar) así como para las mezclas con adición de ceniza de bagazo con los porcentajes asumidos 10% y 20%. Una vez obtenidas las dosificaciones se produce el concreto con ceniza y sin ceniza prosiguiendo con los ensayos del concreto. Se realizó el control de calidad a través de los ensayos de rotura de testigos a la edad de 7, 14 y 28 días. Finalmente, se analizó la resistencia a la compresión del concreto f’c=210kg/cm2, sustituyendo el 10% y 20% en peso de cemento por ceniza de bagazo de caña de azúcar, realizando posteriormente ensayos en el estado fresco y endurecido del concreto con el objetivo de determinar el mejor comportamiento de este material, identificando las diferencias en la resistencia a la comprensión y costos de producción

Diseño de estructura modular para la ubicación de cámaras de captura de marcha humana

El laboratorio de biomecánica de la Universidad ECCI se encuentra ubicado en el campus de la 170, en el norte de la ciudad, aislado de la comunidad estudiantil, por tal motivo a las personas no se les facilita tener acceso a este espacio. Esto implica que no se pueda obtener una gran cantidad de datos en un tiempo determinado, ocasionando que se dificulte el estudio y la comparación de estas muestras. En el análisis del movimiento humano se utiliza la estadística la cual depende de un alto flujo de información para obtener resultados representativos del fenómeno analizado. Por esta razón se necesita que las personas tengan fácil acceso al laboratorio para que, con ello, se pueda obtener una gran cuantía de información mejorando los resultados en los análisis. Por ende, se propone como solución realizar una estructura modular la cual sea portable y de fácil ensamble para lograr ser transportada a las demás sedes de la Universidad ECCI. Con los parámetros definidos para la elaboración del diseño de la estructura se realizaron dos bocetos en un software CAD que cumplan con las características mínimas para una buena recolección de información. Además, se simuló por medio de elementos finitos el comportamiento del armazón en funcionamiento con la ayuda del software Ansys Workbench. A través de estas herramientas se escogió el armazón que satisfacía los requerimientos mínimos para un laboratorio de biomecánica, que soporta la instrumentación necesaria para los análisis y cuyo valor era el más económico.ECCI University's biomechanics laboratory is located on the 170 campus, in the north of the city, it is isolated from the student community, and for that reason it is difficult for people to have access to this place. This implies that a large amount of data cannot be obtained in certain time, making it difficult to study and compare these samples. In the analysis of human movement statistics are used, which depend on a high flow of information to obtain representative results of the analyzed phenomenon. For this reason, it is necessary that people have easy access to the laboratory so that a great deal of information can be obtained by improving the results of the analysis. Therefore, the solution proposed is to make a modular structure which is portable and easy to assemble to be transported to other sites of the ECCI university. With the parameters defined for the elaboration of the structure design, two sketches were made in a CAD program which accomplish the minimum characteristics for a good collection of information. In addition, the behavior of the frame in operation was simulated by means of finite elements with the help of the Ansys Workbench software. Through these tools, the frame that satisfied the minimum requirements for a biomechanics laboratory was chosen, which supports the necessary instrumentation for the analysis and the one that was the most economical.1. INTRODUCCIÓN 11 1.1 BIOMECÁNICA 12 1.2 ANTECEDENTES 13 1.2.1 PORTABLE LAB 14 1.2.2 FREEMG 15 1.2.3 INSERTO DE MOVILIDAD Y BIOMECÁNICA PARA EVALUACIÓN DE CARGA (MoBILE) 15 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 16 1.3.1 OBJETIVO GENERAL 16 1.3.2 OBJETIVO ESPECÍFICO 17 1.4 DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO 17 2. MARCO CONCEPTUAL 18 2.1 ESTRUCTURAS 18 2.1.1 TIPOS DE ESTRUCTURAS 18 2.1.2 TIPOS DE MATERIALES 19 2.2 CONCEPTOS DEL LABORATORIO DE BIOMECÁNICA 21 2.3 VIGAS 23 2.4 RESISTENCIA DE MATERIALES 25 2.5 MÓDULO DE SECCIÓN Y MOMENTO FLECTOR 27 2.6 DEFLEXION DE COLUMNAS 29 2.6.1 COLUMNAS LARGAS CON CARGA CENTRADA 30 2.6.2 COLUMNAS DE LONGITUD INTERMEDIA CON CARGA CENTRADA. 32 2.6.3 COLUMNA CON CARGA EXCENTRICA 33 2.6.4 PUNTUALES O ELEMENTOS CORTOS SOMETIDOS A COMPRESIÓN 35 2.7 ESFUERZO EFECTIVO DE VON-MISES 36 2.8 ELEMENTOS FINITOS 39 3. METODOLOGÍA 43 3.1 CARACTERIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA 43 3.2 GENERACIÓN DEL MODELO CAD 44 3.3 ELABORACIÓN DEL PRESUPUESTO 45 3.4 ANÁLISIS DE ELEMENTOS FINITOS 45 4. RESULTADOS 51 4.1.1 SELECCIÓN DEL TIPO DE ESTRUCTURA 51 4.1.2 ELABORACIÓN DE LOS DISEÑOS CAD 52 4.1.3 PRESUPUESTO 53 4.1.4 ANÁLISIS ESTRUCTURAL 56 5. CONCLUSIONES 80 6. TRABAJO A FUTURO 81PregradoTecnología en Mecánica Industria

Aplicabilidad del método de los elementos finitos en el análisis y dimensionamiento de losas JCPC para carreteras de dos carriles

Se analizaron y dimensionaron losas planas de concreto con juntas (Jointed-Plain-Concrete-Pavement “JCPC” en inglés) para carreteras de dos carriles por medio del modelador de elementos finitos EverFE 2.25, intentando reproducir de una manera más ajustada a la realidad los esfuerzos del conjunto de losas de pavimento. Para la validación se empleó el método analítico Westergaard 1948. Los resultados de esfuerzos y número de repeticiones de carga permitidos llevaron a concluir que el diseño de losas JCPC para carreteras de dos carriles no requiere el peso propio de la estructura en el análisis y dimensionamiento porque el porcentaje de variación obtenido es poco significativo. Por lo tanto, se recomienda omitir el parámetro densidad en el análisis para generar un coste computacional menor. Este estudio traza una ruta para seguir analizando otros factores que puedan afectar el dimensionamiento de pavimentos rígidos. Se espera en próximas investigaciones integrar cargas de distintos vehículos y los comportamientos producidos por la presencia de dovelas y barras de amarre en juntas transversales y longitudinales.Two-lane road JCPC (Jointed-Plain-Concrete-Pavement) slabs were analyzed and dimensioned using the EverFE 2.25 finite element modeler in order to reproduce the efforts of the pavement slab in a more realistic way. The “Westergaard”-1948 analytical method was used for the validation. With the results of efforts and the number of allowed repetitions of load we can conclude that the designs of JCPC slabs for two lanes do not require the analysis and dimensioning with own weight of the structure, because the percentage of variation is little significant. Therefore, we recommend omitting the density parameter in the analysis to generate a lower computational cost. This study shows us a route to continue analyzing other factors that influence the sizing of rigid pavements. We hope in future investigations to integrate loads of different vehicles and the behaviors produced by the presence of segments and tie bars in transverse and longitudinal joints