Análisis de sensibilidad de la deformación plástica en las estructuras de pavimento flexible

In Colombia, one of the most frequent damages of flexible pavement structures is the plastic deformation commonly known as rutting, which consists of a channelized depression in the circulation footprint of vehicles produced by the effect of traffic loads, variations in the service temperature of the pavement, deficiencies in the design and construction of asphalt mixtures or due to the presence of weak subgrade. The rutting hinders the maneuverability of vehicles, reduces road safety and affects the comfort level for the user. The objective of this research is to perform the sensitivity analysis of the variables that influence accumulated plastic deformation or rutting in flexible pavement structures using the mechanistic model. The study of the plastic deformation or rutting was carried out by applying the methodology presented in the guide for the mechanical - empirical design of flexible pavements "Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide - MEPDG" developed by the AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) versions 2008 and 2015, which is one of the most widely implemented methodologies for the design of new pavement structures, as well as for their maintenance and rehabilitation. The scope of the study is at the theoretical modeling level in order to understand the phenomenon of permanent plastic deformation of flexible pavement structures. The study shows that the variables most sensitive to rutting of flexible pavement structures are: the weighted annual average temperature - TMAP, followed by the design traffic, the dynamic modulus of the asphalt mixture, the load per tire, the thickness of the asphalt layer, the contact pressure and depth of the bearing layer; This information is very useful for pavement structure design engineers.En Colombia, uno de los daños más frecuentes de las estructuras de pavimento flexible es la deformación plástica conocida comúnmente como el ahuellamiento, el cual consiste en una depresión canalizada en la huella de circulación de los vehículos producida por el efecto de las cargas del tránsito, las variaciones de temperatura de servicio del pavimento, deficiencias en el diseño y construcción de las mezclas asfálticas o por la presencia de subrasantes débiles. El ahuellamiento dificulta la maniobrabilidad de los vehículos, disminuye la seguridad de la vía y afecta el nivel de confort para el usuario. El objetivo de la presente investigación es realizar el análisis de sensibilidad de las variables que influyen en la deformación plástica acumulada o ahuellamiento en estructuras de pavimento flexible mediante el modelo mecanicista. El estudio de la deformación plástica o ahuellamiento se realizó aplicando la metodología presentada en la guía para el diseño mecánico – empírico de pavimentos flexibles “Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide – MEPDG” desarrollada por la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials) versiones 2008 y 2015, la cual es una de las metodologías de mayor implementación para el diseño de estructuras de pavimento nuevas, así como para el mantenimiento y rehabilitación de las mismas. El alcance del estudio es a nivel de modelación teórica con el fin de comprender el fenómeno de la deformación plástica permanente de las estructuras de pavimento flexible. Como resultados de la investigación realizada se obtiene que las variables más sensibles al ahuellamiento de estructuras de pavimento flexible son: la temperatura media anual ponderada - TMAP, seguida del tránsito de diseño, el módulo dinámico de la mezcla asfáltica, la carga por llanta, el espesor de la capa asfáltica, la presión de contacto y profundidad del estrato portante; esta información es de gran utilidad para los ingenieros diseñadores de estructuras de pavimento

Comportamiento estructural de un pavimento flexible, esfuerzos-deformaciones y deflexiones

El presente trabajo de investigación fue realizado con el apoyo de la División de Investigaciones de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia y muestra el comportamiento de los estados tensionales: esfuerzos, deformaciones y deflexiones actuantes en una estructura de pavimento flexible. Para el análisis se adoptó una estructura típica de pavimento flexible compuesta por cuatro capas: capa asfáltica, base granular, subbase granular y subrasante. Dicha estructura de pavimento cumple con los criterios de diseño: fatiga, deformación y deflexión

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.

Comportamiento de una mezcla asfáltica MDC-19 bajo los ciclos de temperatura ambiente en la ciudad de Tunja, Colombia

The weather factor plays an important role in the behavior and performance of asphalt mixtures as a surface layer in a flexible pavement structure, not just from the moisture, but also from the environmental temperature. Asphalt layers of the flexible pavements in Tunja city exposes daily to environmental temperature variations, which usually occur when the highest temperatures are reached during the daytime, and the lowest temperatures appear at night and early morning time. Firstly, this research is based , on the definition of the environmental temperature cycles that occur daily in Tunja City, from the analysis of the temperature series. Subsequently, the analysis was done through laboratory tests on an asphalt mix MDC-19 INVIAS type, made and compacted in the laboratory, to determine the influence of the cycles of environmental temperature on its density, stability and flow properties, during 120 daily and continuous temperature cycles, which consist of 12 hours of maximum temperature and 12 hours of minimum temperature to simulate the environmental conditions. As a result of this investigation, the presentation density is presented, presenting a tendency to increase the measurement that increases the temperature cycles and then a decrease in the briquettes of the mixture that have sometimes been until the last cycles. Variations in the resistance to deformation of the analysis mixture were obtained as the ambient temperature cycles were sometimes made, which concludes that the ambient temperature cycles have an influence on the behavior of the asphalt mixture.El factor clima juega un papel importante en el comportamiento y desempeño de las mezclas asfálticas como superficie de rodadura en una estructura de pavimento flexible, no solamente desde el punto de vista de la humedad sino también desde la temperatura ambiental. Las carpetas asfálticas de los pavimentos flexibles en la ciudad de Tunja se encuentran expuestas diariamente a variaciones de temperatura ambiental, las cuales ocurren generalmente cuando se alcanzan las máximas temperaturas en el día y las mínimas temperaturas durante la noche y madrugada. Esta investigación se fundamentó, en primer lugar, en la definición de los ciclos de temperatura ambiental que se presentan diariamente en la ciudad de Tunja a partir del análisis de la serie de temperaturas. Posteriormente, se llevó a cabo el análisis mediante ensayos de laboratorio a una mezcla asfáltica MDC-19 tipo INVIAS fabricada y compactada en laboratorio, con el fin de determinar la influencia que tienen los ciclos de variación de temperatura ambiental sobre las propiedades de densidad, estabilidad y flujo, durante 120 ciclos de temperatura diarios y continuos, los cuales consisten en 12 horas de temperatura máxima y 12 horas de temperatura mínima para simular las condiciones ambientales. Como resultado de esta investigación, se obtuvo que la densidad presenta inicialmente una tendencia al incremento a medida que aumentan los ciclos de temperatura y luego un descenso en las briquetas de la mezcla que han sido sometidas hasta los últimos ciclos. Se obtuvieron variaciones en la resistencia a la deformación de la mezcla de análisis a medida que se sometió a los ciclos de temperatura ambiental, con lo cual se concluye que los ciclos de la temperatura ambiental tienen influencia en el comportamiento de la mezcla asfáltica

Tigelas de deflexão 3d em pavimentação flexível

When designing a flexible pavement construction model, it must meet the standards for allowable values and reserve percentages for stresses, strains, and deflections so that they can provide service during the design period. Deflection for being within the essential admissible criteria; It becomes an important study factor, so the objective of this article is the analysis of the effect and damage caused by traffic loads through load spectra, applying the elastic theory, determining and graphing the transversal and longitudinal deflection bowls in 2D and 3D. ; for a 3S1 configuration vehicle with maximum axle weights allowed by Colombian regulations and modeled in WinJULEA with a typical pavement structure to determine deflections in more than 600 points; analyzing the damage caused to the pavement where deflections greater than 1 mm were found as a result of the monotonic load of each axis and the interposition of deflection bulbs that create critical points where the pavement suffers damage similar to that found under the load plates.Cuando se diseña un modelo de construcción de pavimento flexible, debe cumplir con los estándares de valores admisibles y porcentajes de reserva de esfuerzos, deformaciones y deflexiones para que puedan otorgar servicio durante el periodo de diseño. La deflexión por estar dentro de los criterios admisibles esenciales; se vuelve un factor importante de estudio por lo que el objetivo de este artículo es el análisis del efecto y daño que provoca las cargas de tránsito mediante espectros de carga aplicando la teoría elástica determinando y graficando los cuencos de deflexión transversales y longitudinales en 2D y 3D; para un vehículo de configuración 3S1 con pesos por eje máximos permitidos por la normatividad Colombiana y modelado en WinJULEA con una estructura de pavimento típica para la determinación de deflexiones en más de 600 puntos; analizando el daño provocado en el pavimento donde se encontraron deflexiones mayores a 1 mm producto de la carga monotónica de cada eje y de interposición de bulbos de deflexión que crean puntos críticos donde el pavimento sufre un daño similar al encontrado debajo de los platos de carga.Ao projetar um modelo de construção de pavimento flexível, ele deve atender aos padrões de valores permitidos e porcentagens de reserva para tensões, deformações e deflexões para que possam fornecer serviço durante o período de projeto. Desvio por estar dentro dos critérios essenciais de admissibilidade; Torna-se um importante fator de estudo, portanto o objetivo deste artigo é a análise do efeito e dano causado pelas cargas de tráfego através de espectros de carga, aplicando a teoria elástica, determinando e graficando as tigelas de deflexão transversal e longitudinal em 2D e 3D. ; para um veículo de configuração 3S1 com pesos máximos por eixo permitidos pela regulamentação colombiana e modelado em WinJULEA com uma estrutura de pavimento típica para determinar deflexões em mais de 600 pontos; analisar os danos causados ao pavimento onde foram encontradas flechas superiores a 1 mm em função da carga monotônica de cada eixo e da interposição de bulbos de deflexão que criam pontos críticos onde o pavimento sofre danos semelhantes aos encontrados sob as placas de carga

Concreto hidráulico modificado con sílice obtenida de la cascarilla del arroz

The cement is one of the raw materials in the production of the hydraulic concrete, but its production is considered one of the most polluting processes on our planet. The research project analyzes the mechanical, physical and chemical behavior of a mix of hydraulic concrete modified with silica obtained from the incineration of rice husk. The used methodology was an experimental design that was worked with cement Holcim M1 Concretera, it was used as pattern sample, a mix design of hydraulic concrete for a compressive strength of 350 Kg/cm2, and flexural strength of 42 Kg/cm2. The modification was made by replacing the cement by ash rice husk (silica), in proportions of 5%, 15% and 30%. The results show viability for the replacement percentage of 5% in the compressive strength, indirect strain and flexural, therefore there is a technical feasibility to apply this procedure.El cemento es una de las materias primas en la producción del concreto hidráulico, pero su producción es considerada como uno de los procesos más contaminantes en nuestro planeta. El proyecto de investigación analiza el comportamiento mecánico, físico y químico de una mezcla de concreto hidráulico modificado con sílice obtenida por la incineración de cascarilla de arroz. La metodología utilizada fue un diseño experimental que se trabajó con cemento Holcim M1 Concretera, se utilizó como muestra patrón un diseño de mezcla de concreto hidráulico para una resistencia a la compresión de 350 Kg/cm2, y resistencia a la flexión de 42 Kg/cm2. La modificación se realizó mediante la sustitución del cemento por ceniza de cascarilla de arroz (sílice), en proporciones del 5%, 15% y 30%. Los resultados muestran la viabilidad para el porcentaje de sustitución de 5% en la resistencia a la compresión, la tracción indirecta y a la flexión, por lo tanto, hay una viabilidad técnica para aplicar este procedimiento

Comparativo entre o módulo resiliente do subleito determinado no laboratório e o retrocalculado-fator de ajuste C

The main objective of this article is to understand the relationship between the Subgrade Resilient Retrocalculated Module (Mrr), given from the information provided by the Impact Deflectometer (FWD), and that obtained from the lab results (Mr), which is given by the designated adjustment factor “C”. Initially, a structural evaluation of a length of flexible pavement was analyzed through FWD. The results characterized the resistance of the subgrade through the Resilient Module parameter. Using retro calculation techniques, the values of the Resilient Module determined in the laboratory tests were compared. This yielded an adjustment factor in order to make the module values obtained comparable. The analysis consisted of retrocalculating the Resilient Module in the subgrade through the implementation of different methods. Then, these results were compared to the results obtained from the Resilient Module in the laboratory determined under the conditions prevailing in the pavement structure in service. As a result of the correlation found, the variables Mrr y Mr were established. The analysis yielded the conclusion that there exists more than one factor to be applied on the Resilient Module of the retrocalucated subgrade. Also, the adjustment factor depends on the method which categorizes the resistance of the subgrade and the Resilient Module equation of the subgrade material tested in the laboratory.Este artículo busca conocer la relación existente entre el módulo resiliente de la subrasante retrocalculado (Mrr), a partir de la información del deflectómetro de impacto (FWD), y el obtenido en pruebas de laboratorio (Mr); relación que está dada por el denominado factor de ajuste “C”. Inicialmente, en este trabajo se ha realizado la evaluación estructural de un tramo de pavimento flexible mediante FWD. Los resultados de caracterizar la resistencia de la subrasante mediante el parámetro módulo resiliente, al aplicar técnicas de retrocálculo, han sido comparados con el valor del módulo resiliente determinado en las pruebas de laboratorio, y a partir de esta relación se han establecido factores de ajuste para hacer equiparables los valores de módulo obtenidos. El análisis efectuado consistió en retrocalcular el módulo resiliente de la subrasante mediante la implementación de diferentes métodos, para posteriormente contrastar estos resultados con el módulo resiliente de laboratorio, determinado bajo las condiciones imperantes en la estructura de pavimento en servicio. Como resultado, a partir de la relación encontrada, se establecen factores para hacer consistentes los valores de Mrr y Mr. A partir del análisis realizado se concluye que no existe un único factor por aplicar al módulo resiliente de la subrasante retrocalculado; el factor de ajuste es función del método con que se caracteriza la resistencia de la subrasante y de la ecuación constitutiva del módulo resiliente del material de subrasante ensayado en laboratorio.O objetivo principal neste artigo é conhecer a relação existente entre o módulo resiliente do subleito retrocalculado (Mrr), a partir da informação do Deflectómetro de impacto (FWD), obtido em ensaios de laboratório (Mr), dada pelo denominado fator de ajuste “C”. Inicialmente, neste trabalho foi realizada a avaliação estrutural de um trecho de asfalto flexível mediante FWD. Os resultados da caracterização da resistência do subleito mediante o parámetro módulo resiliente, aplicando técnicas de retrocálculo, foram comparados com o valor do módulo resiliente determinado nos ensaios de laboratório, e a partir da relação estabeleceram-se fatores de ajuste para fazer equiparáveis os valores do módulo obtidos. A análise realizada, consistiu em retrocalcular o módulo resiliente do subleito mediante a implementação dos diferentes métodos, para contrastar estes resultados com o módulo resiliente do laboratório, determinados sob as condições predominantes na estrutura do pavimento em serviço. Como resultado, a partir da relação encontrada estabeleceram-se fatores para fazer os valores consistentes Mrr e Mr. Da análise realizada, concluiu-se que não existe um único fator para aplicar ao módulo resiliente do subleito retrocalculado. O fator de ajuste é uma função do método utilizado para caracterizar a resistência do subleito e da equação do módulo resiliente do material do subleito testado no laboratório

Efecto del grano de caucho reciclado en el ahuellamiento de una mezcla asfáltica tipo MD-12

Currently in Colombia, a lot of used tires are generated which have not been provided with proper handling,for this reason, environmental problems are significant, therefore, there is a need to look for alternatives that encourage the reuse of waste from various recyclable materials and thus incorporate them into the production cycle, obtaining as a major benefit a reduction in the environmental impact caused by this type of waste. According to the above, the investigation analyzed the effect of the recycled rubber grain added by dry process, in the rutting of an asphaltic mixture type MD-12, through the plastic deformation resistance test standardized by the Instituto Nacional de Vías INVIAS 2013. The analysis was carried out using the Marshall methodology with the design of an asphalt mixture conventional MD-12 and three MD-12 asphalt mixtures with variations in the addition of GCR, the preliminary designs and verification of each of the asphalt mixes as established in the general construction specifications of the Instituto de Desarrollo Urbano IDU 2011, obtaining the respective working formula of each asphalt mixture. Obtaining favorable behaviors in asphalt mixtures with addition of 0.5% of GCR in which there are decreases of up to 5.3% in the rutting, with respect to the asphaltic mixture of reference, also it highlights the improvements that the asphalt mixture presented in terms of resistance to plastic deformation or rutting, before the addition of rubber grain recycled by dry process, for this reason it is recommended to use it in asphalt mixtures type MD-12 as part of the fine aggregate and thus obtain a greater efficiency from the mechanical point of view, as well as the improvements in the useful life of the pavement and the mitigation of the environmental impacts generated by the mishandling of tires out of use in the country.Colombia  actualmente  genera  una  gran  cantidad  de  llantas  usadas  a  las  cuales  no  se  les  proporciona  un manejo adecuado, debido a esto, los problemas ambientales son significativos, por lo tanto, surge la necesidad de buscar alternativas que fomenten la reutilización de residuos de diversos materiales reciclables y de esta manera incorporarlos al ciclo productivo, obteniendo como mayor beneficio una disminución del impacto ambiental que ocasionan este tipo de residuos. De acuerdo con lo anterior, la investigación analizó el efecto del Grano de Caucho Reciclado (GCR) adicionado por vía seca, en el ahuellamiento de una mezcla asfáltica tipo MD-12, mediante el ensayo de resistencia a la deformación plástica normalizado por el Instituto Nacional  de  Vías  INVIAS  2013.  El  análisis  se  realizó  empleando  la  metodología  Marshall  con  el  diseño  de  una  mezcla  asfáltica  tipo  MD-12  convencional  y  tres  mezclas  asfálticas  tipo  MD-12  con  variaciones  en la adición de GCR, los diseños preliminares y verificación de cada mezcla asfáltica se realizaron según lo establecido en las especificaciones generales de construcción del Instituto de Desarrollo Urbano IDU 2011,  obteniendo  la  respectiva  fórmula  de  trabajo  de  cada  mezcla  asfáltica.  Obteniendo  comportamientos  favorables  en  mezclas  asfálticas  con  adición  de  0.5%  GCR,  en  las  cuales  se  presentan  disminuciones  de  hasta 5.3% en el ahuellamiento, respecto a la mezcla asfáltica convencional, además se destacan las mejoras que presentó la mezcla asfáltica en cuanto a resistencia a deformación plástica, ante la adición del grano de caucho  reciclado  por  vía  seca,  por  esta  razón  se  recomienda  emplearlo  en  mezclas  asfálticas  tipo  MD-12  como parte del agregado fino y así obtener una mayor eficiencia desde el punto de vista mecánico, así como las mejoras en la vida útil del pavimento y la mitigación de los impactos ambientales que genera el mal manejo de llantas fuera de uso en el país

Comportamiento mecánico de un microaglomerado en caliente tipo MF-10 con grano de caucho reciclado

In Colombia, different investigations of hot dense asphalt mixtures with recycled rubber grain mixtures have been carried out, however, it is the first time that the mechanical behavior of a micro agglomerate with GCR additions is analyzed due to the unusual application of this type of Mix in road works. The main objective of the research is to analyze the mechanical behavior of a hot micro agglomerate type MF-10, through the transformation of recycled rubber grain, characterize the materials used as the GCR and the modified asphalt type III, design micro agglomerates with and without connection of hot recycled rubber grain type MF-10 using the Marshall methodology with IDU 2011 specifications and determine the optimal percentage of recycled rubber grain for a micro agglomerate that has a better mechanical performance. For the investigation the Marshall methodology was used to design the different mixtures of micro agglomerates with and without additions of GCR, the verification tests thereof which are: Adhesion, plastic deformation, fatigue laws, resilient module, dynamic module and coefficient of slip resistance. With the addition of recycled rubber-GCR grain, the mechanical behavior of the asphalt mixture is improved by improving its useful life as well as contributing to the environment by recycling disused tires. An improvement of the mechanical behavior of the micro agglomerate is obtained in terms of increased adhesion, decreased hollowness, greater fatigue resistance, better resilient modulus and increased coefficient of slip resistance. The results of the research affected the design and construction of Colombia's roads, being its main use the rehabilitation of layers of rolling, having as an agent improving the mixture, the recycled rubber grain.En Colombia se han realizado diferentes investigaciones de mezclas asfálticas densas en caliente con adición de grano de caucho reciclado, sin embargo, es la primera vez que se analiza el comportamiento mecánico de un microaglomerado con adición de GCR debido a la inusual aplicación de este tipo de mezcla en obras viales. El objetivo principal de la investigación es analizar el comportamiento mecánico de un microaglomerado en caliente tipo MF-10, mediante la incorporación de grano de caucho reciclado, caracterizar los materiales empleados como el GCR y el asfalto modificado tipo III, diseñar microaglomerados con y sin adición de grano de caucho reciclado en caliente tipo MF-10 mediante la metodología Marshall con especificaciones IDU 2011 y determinar el porcentaje óptimo  de grano de caucho reciclado para un microaglomerado que presenta un mejor comportamiento mecánico. Para la investigación se empleó la metodología Marshall para realizar el diseño de las diferentes mezclas de microaglomerados con y sin adición de GCR, los ensayos de verificación de las mismas los cuales son: Adherencia, deformación plástica, leyes fatiga, módulo resiliente, módulo dinámico y coeficiente de resistencia al deslizamiento. Con la adición de grano de caucho reciclado- GCR se mejora el comportamiento mecánico de la mezcla asfáltica aumentando su vida útil además de contribuir al medio ambiente al reciclar las llantas en desuso. Se obtiene un mejoramiento del comportamiento mecánico del microaglomerado en cuanto a: aumento de adherencia, disminución del ahuellamiento, mayor resistencia a la fatiga, mejor módulo resiliente y aumento del coeficiente de resistencia al deslizamiento. Los resultados de la investigación contribuyen significativamente al diseño y construcción de las carreteras de Colombia, siendo su principal uso la rehabilitación de capas de rodaduras, teniendo como agente mejorador de la mezcla, al grano de caucho reciclado