Simulación del fisuramiento en mezclas asfálticas por el método de elementos discretos

J.M.M. López, C. Romanel, N.N. Valverde, L.M.G. Motta

In the proceedings of: GEO2011: 64th Canadian Geotechnical Conference, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, 5th Pan-American Conference on Teaching and Learning of Geotechnical Engineering

Session: Transportation Geotechnics

ABSTRACT: The cracking of the asphalt mixture layer is the main cause of deterioration of the Brazilian roads. In this study the discrete element method is used to simulate the crack propagation through asphalt mixtures observed in the DCT (Disk-shaped Compact Tension) laboratory test. Crack propagation is represented using an elastoplastic constitutive model known as the cohesive zone model. The numerical results indicate that the application of the discrete element method is an efficient tool for the simulation of DCT tests and the behavior of asphalt mixtures subject to cracking processes. The 2D numerical model was analyzed using the commercial software PFC2D based on the discrete element method. PRESENTACIONES TECNICAS El surgimento y propagación de fisuras en la camada asfáltica es el principal factor de deterioración de las carreteras en el Brasil. En este trabajo el método de elementos discretos es utilizado para simular la propagación de fisuras en mezclas asfálticas, observadas en la execucion del ensayo de tracion directa (DCT - Disk-shaped Compact Tension) en el laboratório. La propagación de trincas es representada considerandose un modelo de fraturamiento elasto-plástico, conocido como modelo de zona cohesiva. Los resultados numéricos permitem concluir que la aplicación del método de elementos discretos para la simulación del ensayo DCT es eficiente, sobre el punto de vista cualitativo, como herramienta para investigación del comportamento de pavimentos asfálticos sometidos a procesos de fisuramiento. La simulación computacional por el método de los elementos discretos del presente trabajo fue realizada con el programa comercial PFC2D v. 3.1. 1 INTRODUCCIÓN En el Brasil, como en muchos otros países del mundo, las carreteras tienen un papel fundamental en la economía del país. La importancia de las carreteras en los intercambios económicos entre las diversas regiones justifica plenamente la búsqueda de una mejor comprensión del comportamiento mecánico de los pavimentos. Dentro las principales causas de deterioración de pavimentos asfálticos se destaca el fisuramiento, la ocurrencia de deformaciones permanentes excesivas, envejecimiento del material y la fatiga por cargas repetidas, siendo que tales causas son consecuencia de diversos factores como: tráfico, condiciones climáticas, procesos constructivos, materiales empleados y programas de manutención de las carreteras, etc. El fisuramiento de la carpeta asfáltica es el principal y el más común defecto de las carreteras brasileñas. Las fisuras se extienden a través de la espesura del pavimento, reduciendo su capacidad estructural, aumentando significativamente su permeabilidad y favoreciendo la infiltración del agua para la fundación del pavimento. El fisuramiento de la carpeta asfáltica puede ser clasificado entre tres tipos: trincas por fatiga, trincas por reflexión debido a la propagación de trincas pre-existentes antes del recapeamiento y trincas térmicas debido a bajas temperaturas (hielo). En virtud de las condiciones climáticas de Brasil, las trincas por fatiga y reflexión son las que ocurren con mayor frecuencia. La simulación por un modelo numérico de materiales que experimentan fisuramiento puede ser realizado de dos maneras, directamente relacionadas con la escala de observación: (a) un abordaje de la mecánica de los medios continuos, sobre el punto de vista en macro-escala (100m), donde un cuerpo de prueba o prototipo son simulados sin identificación de la composición interna del material, tratándose como homogéneo o con cierto grado de heterogeneidad; (b) un abordaje de la mecánica de las partículas, en meso-escala (10-3m) donde los agregados y el mastic asfáltico pueden ser identificados y representados separadamente en el modelo de cálculo. Para el uso eficiente de una herramienta numérica es necesario identificar para que tipos de problemas su aplicaciones son más conveniente. El método de los elementos discretos se muestra bastante adecuado para lidiar con problemas de naturaleza descontinua en materiales granulares y, al mismo tiempo, con grandes niveles de deformación. Debido a esas características particulares, el método ha sido aplicado con éxito en diversas áreas, especialmente en la ingeniería geotécnica, la mecánica de suelos, la mecánica de rocas y para soluciones de problemas de pavimentación La característica principal del método de elementos discretos es su simplicidad de formulación y la generalidad de sus aplicaciones. En este trabajo, este método, implementado en el programa computacional PFC2D (Itasca), es utilizado en la investigación de la propagación de fisuras en pavimentos asfálticos, simulando la ejecución del ensayo de tracción directa DCT (Disk-shaped Compact Tension Test) en laboratorio. 2 MÉTODO DE ELEMENTOS DISCRETOS

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J.M.M. López; C. Romanel; N.N. Valverde; L.M.G. Motta (2011) Simulación del fisuramiento en mezclas asfálticas por el método de elementos discretos in GEO2011. Ottawa, Ontario: Canadian Geotechnical Society.

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